JP2009284503A - 無線ディジタル符号分割多元接続（ｃｄｍａ）通信システム - Google Patents

Abstract

【課題】用途ごとに最小の周波数帯域を用いてあらゆる種類の音声通信およびデータ通信をサポートする無線ディジタルＣＤＭＡ通信システムを提供する。
【解決手段】このシステムは加入者からの要求に即応してＩＳＤＮ帯域幅を効率的に割り当てる。加入者局ユニットが起動すると、このシステムはチャネルを設定し、その加入者局ユニットの求める最大容量チャネルのサポートに必要なスペクトラム拡散符号を発生する。加入者局ユニットから実際に要求があるまで通信帯域幅の一部を保留しておくことはしない。スペクトラム拡散符号の割当てなど呼セットアップは上記加入者局ユニットからの呼の始まりに行われるので、加入者局ユニットは所要特定用途のサポートに必要な周波数スペクトラムの一部へのアクセスを急速に達成できる。
【選択図】図３

Description

この発明は概括的には無線通信システムに関する。より詳細にいうと、この発明は、基地局と複数の加入者局ユニットとを含み、加入者局ユニットまたは加入者局ユニットへの発呼を意図するエンティティからの要求に即応して周波数帯域幅を選択的に割り当てる無線ディジタル符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システムに関する。

無線通信システムの容量および信頼性の改善に伴って、通信業界における無線通信技術の利用が飛躍的に拡大した。音声信号の送信に便利な一つの方法に過ぎないと考えられていたディジタル無線通信システムが、現在では、単純な従来型の電話サービス（ＰＯＴＳ）、サービス統合ディジタル網（ＩＳＤＮ）、可変速度（ＶＢＲ）データサービス、広帯域サービス、専用線サービスおよびパケットデータサービスなどあらゆる種類の通信信号の伝送に不可欠になっている。これら多様なサービスの提供のための信号伝送は技術的には可能であるが、高速度通信には広い周波数帯域幅を要するのでこれらサービスの多くが不経済であった。無線ディジタル通信システムへのアクセスを要求する加入者の数が増加するに伴って、各通話に広い周波数帯域幅を割り当てる手法は現実的でなくなった。

公衆無線通信システムに割り当てられる有限の周波数帯域幅はますます貴重になってきた。既存の用途についてはユーザ数の伸びに呼応して追加の周波数帯域割当てが行われるとは考えられないので、通信ハードウェアおよびソフトウェアにおける最近の進歩の多くは、より狭い帯域幅を用いてデータ伝送速度をより高くする方向に向けられてきた。

したがって、割当て周波数帯域幅をより効率的に用いて従来の有線網と同等の高速度データサービスをサポートする無線ディジタル通信システムが求められている。

ＵＳＰ ５ ４４２ ６２５ ＷＯ ９５ ２６０９４ ＷＯ ９７ ０９８１０

したがって、この発明の目的は、スペクトラム拡散帯域幅を効率的に用いてＰＯＴＳやＩＳＤＮなどの多様な電話サービスをサポートする無線ディジタルスペクトラム拡散通信システムを提供することである。

この発明は、所要帯域幅を最小に抑えてあらゆる種類の音声通信およびデータ通信をサポートするＣＤＭＡ無線ディジタル通信システムにある。このシステムは加入者からの要求に即応してＩＳＤＮ帯域幅を効率的に割り当てる。加入者局ユニットをイニシャライズすると、このシステムはチャネルを設定してその加入者局ユニットの所要最大容量チャネルをサポートするのに必要な拡散符号を発生する。しかし、このシステムは、加入者局ユニットから実際に要求されるまで通信帯域幅の一部を確保しておくことはしない。拡散符号の割当てなど呼のセットアップはその特定の加入者局ユニットからの各呼の初めに行われるので、各加入者局ユニットは特定用途サポートのための所要スペクトラムの一部に急速にアクセスできる。

帯域幅利用効率が高く多様な電話サービスをサポートするＣＤＭＡディジタル通信システムを提供できる。

この発明による符号分割多元接続スペクトラム拡散通信システムブロック図。 この発明の加入者局ユニットとＩＳＤＮ端末装置との間のインタフェースのブロック図。 この発明の加入者局ユニットとＰＯＴＳ端末装置との間のインタフェースのブロック図。 この発明の加入者局ユニットとパケット端末装置との間のインタフェースのブロック図。 この発明の加入者局ユニットと広帯域接続との間のインタフェースのブロック図。 この発明の加入者局ユニットと専用線端末装置との間のインタフェースのブロック図。 この発明の加入者局ユニットとＩＳＤＮ網およびＰＯＴＳ網との間のインタフェースのブロック図。 この発明の加入者局ユニットと広帯域網およびパケット網との間のインタフェースのブロック図。 この発明の加入者局ユニットと専用線網との間のインタフェースのブロック図。 この発明による加入者局ユニットのブロック図。 この発明によるＲＣＳのブロック図。 ＩＳＤＮサービスへの帯域幅の動的割当ての手順の流れ図。 加入者局ユニットとＲＣＳとの間のＰＯＴＳサービスのためのベアラチャネル設定の流れ図。 加入者局ユニットとＲＣＳとの間のＰＯＴＳサービスのためのベアラチャネル設定の流れ図。 加入者局ユニットとＲＣＳとの間の通信の階層型プロトコルを示す。 加入者局ユニットの起動した単純化ベアラ切換方法の図解。 ＲＣＳの起動した単純化ベアラ切換方法の図解。 加入者局ユニットとＲＣＳとの間のＩＳＤＮサービスのためのベアラチャネル設定の流れ図。 加入者局ユニットとＲＣＳとの間のＩＳＤＮサービスのためのベアラチャネル設定の流れ図。

同一の構成要素に同一の参照数字を付けて示した添付図面を参照して好ましい実施例を次に説明する。

この発明のシステムは、一つ以上の基地局と少なくとも一つの遠隔加入者局ユニットとの間の無線リンクを用いた加入者線（ローカル・ループ）電話サービスを提供する。一つの典型的な実施例では、上記無線リンクを固定加入者局ユニット（ＦＳＵ）と交信する基地局について述べるが、このシステムは固定加入者局ユニットおよび移動加入者局ユニット（ＭＳＵ）の両方への無線リンクを形成する複数基地局を含むシステムにも同様に適用できる。したがって、この明細書では固定加入者局ユニットおよび移動加入者局ユニットの両方を加入者局ユニットと呼ぶ。

図１を参照すると、基地局１０１は市内交換局１０３または構内交換機（ＰＢＸ）など上記以外の電話網交換インタフェースへの呼接続を提供し、少なくとも一つの無線搬送波局（ＲＣＳ）１０４、１０５・・・１１０を含む。一つ以上のＲＣＳ１０４、１０５、１１０がリンク１３１、１３２、１３７、１３８、１３９経由で無線分配ユニット（ＲＤＵ）１０２に接続され、ＲＤＵ１０２は電話会社リンク１４１、１４２・・・１５０経由で呼セットアップ信号、制御信号および情報信号を送受信することによって市内交換局１０３との間のインタフェースを形成する。加入者局ユニット１１６、１１９は無線リンク１６１、１６２、１６３、１６４、１６５経由でＲＣＳ１０４と信号授受する。この発明のもう一つの実施例は、いくつかの加入者局ユニットとＲＣＳ１０４同等の機能を備える「主加入者局ユニット」とを含む。その代替的実施例では市内電話網への接続を備える場合もあり、備えない場合もある。

無線リンク１６１−１６５は、ＣＤＳ1800標準（1.71−1.785ＧＨｚおよび1.805−1.880ＧＨｚ）、ＵＳ−ＰＣＳ標準（1.85−1.99ＧＨｚ）およびＣＥＰＴ標準（2.0−2.7ＧＨｚ）の周波数帯域内で動作する。この明細書で述べる実施例にはこれらの周波数帯域を用いるが、この発明はＵＨＦ帯およびＳＨＦ帯全部と2.7ＧＨｚ乃至５ＧＨｚの帯域とを含む任意のＲＦ周波数帯に同様に適用できる。送信帯域幅および受信帯域幅はそれぞれ７ＭＨｚを始点とする3.5ＭＨｚの倍数および１０ＭＨｚを始点とする５ＭＨｚの倍数である。この明細書に記載したシステムは７、１０、10.5、１４および１５ＭＨｚの帯域幅を有する。この発明の典型的な実施例では、アップリンクとダウンリンクとの間の最小保護周波数帯は２０ＭＨｚであり、信号周波数帯域幅の少なくとも３倍にするのが望ましい。二重通信分離は５０乃至１７４ＭＨｚであり、この明細書に記載した実施例では５０、７５、８０、９５、１７５ＭＨｚとしている。これら以外の周波数も使うことができる。

このシステムはスペクトラム拡散チャネルの送受信用に搬送波を中心とした互いに異なるスペクトラム拡散帯域幅を用いることができるが、この発明は送信チャネルに複数スペクトラム拡散帯域幅を用い受信チャネルに複数スペクトラム拡散帯域幅を用いたシステムに容易に拡張できる。また、送信チャネルおよび受信チャネル両方に同一のスペクトラム拡散帯域幅を用いアップリンクおよびダウンリンクが同じ周波数帯域を占めるようにすることもできる。さらに、この発明は、各々が互いに異なるメッセージ群をアップリンクで、ダウンリンクで、またはアップリンクおよびダウンリンクの両方でそれぞれ伝送する複数ＣＤＭＡ周波数帯域に容易に拡張できる。

拡散２進シンボル情報を、ナイキストパルス波形整形を伴う直交位相偏移変調（ＱＰＳＫ）により無線リンク１６１乃至１６５経由で伝送する。これ以外の変調手法、すなわちオフセットＱＰＳＫ最小位相偏移変調（ＭＳＫ）、ガウス型位相偏移変調（ＧＰＳＫ）、Ｍ次位相偏移変調（ＭＰＳＫ）などの変調手法も用いることができる。

無線リンク１６１乃至１６５は、アップリンクおよびダウンリンクの両方向で伝送モードとして広帯域符号分割多元接続（Ｂ−ＣＤＭＡ）を組み入れる。多元接続システムに用いるＣＤＭＡ（すなわち、スペクトラム拡散）通信手法は周知であり、Donald Schilling名義の米国特許第5,228,056号「同期スペクトラム拡散通信システムおよび方法」に記載されている。同特許記載のシステムは直接シーケンススペクトラム拡散手法を用いている。ＣＤＭＡ変調器は擬似雑音シーケンスで構成可能なスペクトラム拡散符号シーケンスを発生し、ＱＰＳＫ信号の複素直接シーケンス変調を同相（Ｉ）チャネルおよび直交位相（Ｑ）チャネルについてのスペクトラム拡散符号シーケンスによって行う。パイロット信号、すなわちデータによる変調を受けていないスペクトラム拡散符号を発生して被変調信号とともに伝送する。これらパイロット信号は、同期、搬送波位相回復および無線チャネルインパルス応答推定に用いる。加入者局ユニット１１１−１１８の各々は符号発生器と少なくとも一つのＣＤＭＡ変調器および復調器とを含み、これら変調器および復調器でＣＤＭＡモデムを構成する。ＲＣＳ１０４、１０５、１１０の各々は、少なくとも一つの符号発生器と加入者局ユニットが使用中の論理チャネル全部に十分なＣＤＭＡ変調器および復調器とを有する。

ＣＤＭＡ変調器はマルチパス伝搬効果の削減に適切な信号処理で信号を逆拡散する。無線リンクはデータ速度８、１６、３２、６４、１２８および１４４kb/sの複数トラフィックチャネルをサポートする。トラフィックチャネルの接続先の物理チャネルは６４ｋシンボル／秒の速度で動作する。これ以外のデータ速度もサポートでき、順方向誤り訂正（ＦＥＣ）符号化を利用できる。ここに記載した実施例では符号化速度１／２および拘束長７のＦＥＣを用いている。これ以外の符号化速度および拘束長も符号発生手法との整合性を保って採用することができる。

図１を再び参照すると、ＲＣＳ１０４は、ディジタルデータ信号送受信用に例えば1.533Mb/sＤＳＩフォーマット、または2.048Mb/sＥ１フォーマットもしくはＨＤＳＬフォーマットの複数のＲＦリンクまたは地上リンク１３１、１３２、１３７経由でＲＤＵ１０２との間のインタフェースを形成する。これらは電話会社の標準化した通常のインタフェースであるが、この発明はこれらのディジタルデータフォーマットだけに限られない。好例のＲＣＳ回線インタフェース（図１には示してない）は回線符号化（ＨＤＢ３、Ｂ８ＺＳ、ＡＭＩなど）を翻訳してフレーム情報を抽出し、警報および施設シグナリング動作、並びにチャネル特有のループバックおよびパリティチェック動作を行う。これによって６４kb/sＰＣＭ符号化または３２kb/sＡＤＰＣＭ符号化した電話トラフィックチャネルまたはＩＳＤＮチャネルをＲＣＳ１０４、１０５、１１０に供給し、後述の信号処理にかける。上記以外の音声圧縮手法も上記符号シーケンス発生手法と整合性を保って採用できる。

この発明のシステムはＰＯＴＳサービスおよびＩＳＤＮサービスの両方についてＲＣＳ１０４と加入者局ユニット１１１との間のベアラ速度変換もサポートする。加入者局ユニット１１１−１１８は電話機１７０、私設交換機（ＰＢＸ）１７１、データ端末１７２、ＩＳＤＮインタフェース１７３またはこれら以外の図２Ａ−２Ｈ記載の装置とインタフェースを形成する。電話機１７０からの入力は音声、音声帯域データおよびシグナリングを含む。この発明は複数の加入者局装置１１１−１１８と複数のＲＣＳ１０４−１１０との間の交信に適用できるが、以下の説明は単純化のために特定の加入者局ユニットとＲＣＳとを対象とする。加入者局ユニットに入力された信号がディジタル信号でない場合は、加入者局ユニット１１１はアナログ信号をＲＣＳ１０４への送信に備えてディジタルシーケンスに変換する。加入者局ユニット１１２はＡＤＰＣＭなどの手法により３２kb/s以下の速度で音声データを符号化する。ＲＣＳ１０４は4.8kb/s以上の速度の音声帯域データまたはファクシミリデータを検出し、送信用トラフィックチャネルのベアラ速度を変換する。また、送信前にＡ法則圧伸、μ法則圧伸を行うこともでき、圧伸なしにすることもできる。当業者に周知のとおり、伝送容量の確保および干渉の最小化のために空きフラグ除去などのディジタルデータ圧縮手法を併せて用いることもできる。

ＲＣＳ１０４と加入者局ユニット１１１との間の無線インタフェースの送信電力レベルは、ダウンリンク方向およびアップリンク方向に別々の閉ループ電力制御方法を用いて制御する。自動順方向電力制御（ＡＦＰＣ）方法でダウンリンク送信電力レベルを定め、自動逆方向電力制御（ＡＲＰＣ）方法でアップリンク送信電力レベルを定める。加入者局ユニット１１１およびＲＣＳ１０４が電力制御情報の伝達に用いる論理制御チャネルは少なくとも１６ｋＨｚの更新ずみ速度で動作する。上記以外の実施例は、例えば６４ｋＨｚのより高いまたは低い更新ずみ速度を用いる。これらのアルゴリズムによって、ユーザ送信電力は受容可能なビット誤り率（ＢＥＲ）を維持し、電力節減のためにシステム電力を最小値に維持し、ＲＣＳ１０４の受信点での加入者局ユニット１１１電力レベルをほぼ等しいレベルに維持することを確実にする。

このシステムは、加入者局ユニット１１１の非活性モードの期間中に維持電力制御をオプションで用いることができる。加入者局ユニット１１１が電力節減のための非活性状態すなわち低出力電力状態にある場合は、加入者局ユニット１１１はＲＣＳ１０４からの維持電力制御信号に応答して初期送信電力レベル設定を調節するようにときどき活性状態になる。維持電力制御信号は、ＲＣＳ１０４が加入者局ユニット１１１からの受信電力レベルと現在のシステム電力レベルとを測定し所要初期送信電力を計算して定める。この方法によって、交信開始までの加入者局ユニット１１１のチャネル捕捉時間を短縮し、加入者局ユニット１１１の送信電力レベルが閉ループ電力制御による送信電力抑制始動前の初期送信の期間中に上がり過ぎて他チャネルに干渉を及ぼすことを防止する。

ＲＣＳ１０４はＥ１、Ｔ１またはＨＤＳＬインタフェースなどのインタフェース回線からクロック同期の供給を受ける。また、ＲＣＳ１０４は地表位置特定システム（ＧＰＳ）受信機で調整可能な発振器から内部クロック信号を発生する。ＲＣＳ１０４はグローバルパイロット符号を発生し、遠隔加入者局ユニット１１１はこのパイロット符号を捕捉できる。ＲＣＳ１０４の送信チャネルはこのグローバルパイロットチャネルにすべて同期している。ＲＣＳ１０４の内部の論理通信チャネルに用いられる符号発生器（図１には示してない）の拡散符号位相も上記のグローバルパイロットチャネルの拡散符号位相に同期している。同様に、ＲＣＳ１０４のグローバルパイロット符号を受ける加入者局ユニット１１１−１１８はすべてそれぞれの内蔵符号発生器の拡散符号位相および逆拡散符号位相をグローバルパイロット符号に同期させる。

従来技術におけるチャネルは、通常は通信路、すなわちインタフェースの一部であってコンテンツに関わりなくそのインタフェースの他の通信路から区別できる通信路である。しかし、ＣＤＭＡ通信では互いに別々の通信路をそのコンテンツで区別する。この発明における論理チャネルおよび論理サブチャネルはすべて共通の６４ｋシンボル／秒（ksym/s）ＱＰＳＫストリームにマップする。いくつかのチャネルは、グローバルパイロット符号から発生しそれと同様の作用をもたらす関連パイロット符号と同期している。システムパイロット信号は論理チャネルとは考えない。

いくつかの論理通信チャネルをＲＣＳ１０４と加入者局ユニット１１１との間のＲＦ通信リンクで用いる。各論理通信チャネルは、固定の予め定めたスペクトラム拡散符号か、動的に割り当てられたスペクトラム拡散符号化のいずれかの拡散符号を有する。予め定めた符号の場合も動的に割り当てられた符号の場合も、符号位相はグローバルパイロット符号に同期させる。

スペクトラム拡散符号はその符号の発生に用いたシードで特定する。ＲＤＵ１０２の内部には「一次シード」のプールがあり、その一部はグローバル一次シードを構成し、残りが割当て一次シードを構成する。ＲＤＵ１０２はこれらの一次シードを所要即応式にＲＣＳ１０４に割り当てる。グローバル一次シードはセル内のＲＣＳ１０４用のグローバルチャネル符号全部を発生する。しかし、割り当てられた一次シードは二次割当てシードの発生に用いられる。一つの一次割当てシードが５７個の二次割当てシードを発生する。二次割当てシードの各々はＲＣＳ１０４および加入者局ユニット１１１の内部の符号発生器に入力され、各通信リンクのサポートのためのひと組の割当てチャネル符号を発生する。この好ましい実施例では、各ＲＣＳはグローバル符号および二つの一次割当てシード発生のために一つのグローバル一次シードを受ける。したがって、ＲＣＳ１０４およびその対応の加入者局ユニット１１１−１１８は二次割当てシードを１１４個まで発生できる。各二次割当てシードは活性状態リンク用の符号発生のためにＲＣＳ１０４が割り当て、これによって１１４個以下の同時並行通信リンクに十分な符号を供給する。

論理通信チャネルは二つの群、すなわち（１）グローバルチャネルおよび（２）割当てチャネルに分ける。グローバルチャネル群は、ＲＣＳ１０４から全加入者局ユニット１１１−１１８へまたは加入者ユニット１１１−１１８からＲＣＳ１０４への伝送チャネルを加入者１１１−１１８の区別に関わりなく含む。割当てチャネル群の中のチャネルはＲＣＳ１０４と特定の加入者局ユニット１１１との間の交信専用のチャネルである。

グローバルチャネル群について述べると、このグローバルチャネル群は、（１）全加入者局ユニット１１１−１１８へのメッセージの一斉伝達および加入者局ユニット１１１−１１８への個別呼出メッセージの一斉伝達のための一地点・多地点間サービスを提供する一斉伝達制御論理チャネル、および（２）加入者局ユニット１１１−１１８がこのシステムにアクセスして割当てチャネルを得られるようにグローバルチャネルに二地点間サービスを提供するアクセス制御論理チャネルに備える。この発明のＲＣＳ１０４は一つの一斉伝達制御論理チャネルおよび多数のアクセス制御論理チャネルを有する。この発明の加入者局ユニット１１１−１１８は少なくとも一つの一斉伝達制御論理チャネルと少なくとも一つのアクセス制御論理チャネルとを有する。

ＲＣＳ１０４に制御されるグローバル論理チャネルは、現在利用可能なサービスおよびアクセスチャネルに関する高速変動の情報を一斉伝達する高速一斉伝達チャネル（ＦＢＣＣＨ）、および低速変動のシステム情報および個別呼出メッセージを一斉伝達する低速一斉伝達チャネル（ＳＢＣＣＨ）である。

加入者局ユニット１１１はアクセスチャネル（ＡＸＣＨ）を用いてＲＣＳ１０４との交信を開始するとともに割当てチャネルへのアクセスを得る。各ＡＸＣＨはＲＣＳ１０４から加入者局ユニット１１１への制御チャネル（ＣＴＣＨ）と対になっている。ＣＴＣＨはＲＣＳ１０４が加入者局ユニット１１１によるアクセス試行の受信確認および応答を行うのに用いる。短アクセスパイロット（ＳＡＸＰＴ）および長アクセスパイロット（ＬＡＸＰＴ）をＡＸＣＨと同期して送り、アクセスを開始してＲＣＳ１０４に時間および位相の基準を与える。ＳＡＸＰＴは加入者局ユニット１１１がＲＣＳ１０４へのアクセスの開始のために送信電力を漸増させている間に加入者局１１１から送信する。ＳＡＸＰＴは相対的に短い符号であるので、ＲＣＳ１０４による加入者局ユニット１１１の高速検出を可能にし、加入者局ユニット１１１による送信電力オーバーシュートを回避する。ＳＡＸＰＴを用いた送信電力漸増の詳細は１９９６年６月２７日提出の米国特許出願番号第08/670,162号「ＣＤＭＡシステムにおける送信電力立上りを短符号の利用により制御する方法」に記載されており、同特許出願をここに参照してその内容をこの明細書に組み入れる。ＲＣＳ１０４がＳＡＸＰＴを検出するまでは、加入者局ユニット１１１は他の信号を全く送出しない。ＳＡＸＰＴを検出すると、加入者局ユニット１１１はＬＡＸＰＴの送信を開始し、これによってＲＣＳ１０４に時間および位相の基準を供給し、ＲＣＳ１０４がチャネルインパルス応答を算定できるようにする。

割当てチャネル群について述べると、この群はＲＣＳ１０４と加入者局ユニット１１１との間の単一の通信リンクを制御する論理チャネルを含む。割当てチャネルが形成されると、アップリンク結合およびダウンリンク結合の各々について一対の電力制御論理メッセージチャネルが設定され、接続の種類に応じて一対以上のトラフィックチャネルが設定される。ベアラ制御機能が所要の順方向誤り制御、ベアラ速度変換および暗号化を行う。

加入者局ユニット１１１−１１８の各々は通信リンク設定時に少なくとも一つの割当てチャネル群を有し、ＲＣＳ１０４−１１０の各々は交信進行中の各通信リンクに一つずつの複数チャネル群を有する。通信リンクが首尾よく設定されるとその通信リンクについて論理チャネルの割当てチャネル群が形成される。割当てチャネル群は暗号化、ＦＥＣ符号化、送信時の多重化、復号化、受信時のＦＥＣ復号化および回線分離（逆多重化）を含む。

各割当てチャネル群はひと組の通信リンク利用二地点間サービスを提供し、特定のＲＣＳ１０４と特定の加入者局ユニット１１１との間で双方向に動作する。通信リンクのために形成した割当てチャネル群は単一通信リンク関連のＲＦ通信チャネル経由で一つ以上のベアラを制御できる。ＩＳＤＮなどの分散データの搬送には複数ベアラを用いる。割当てチャネル群は、高速度ファクシミリおよびモデムサービスの場合のベアラ速度変換に際して６４kb/sＰＣＭへの切換えを容易にするためのトラフィックチャネル２重化に即応できる。

首尾よく設定された通信リンクに形成され割当てチャネル群に含まれている割当て論理チャネルは、専用シグナリングチャネル打合せ線（ＯＷ）、ＡＰＣチャネルおよびサポートされているサービスに応じた８、１６、３２または６４kb/sのベアラ速度の一つ以上のトラフィックチャネル（ＴＲＣＨ）である。音声トラフィックについては、中程度の速度で符号化した音声ＡＤＰＣＭまたはＰＣＭをトラフィックチャネルにサポートできる。ＩＳＤＮサービス型については、二つの６４kb/sＴＲＣＨでＢチャネルを形成し、一つの１６kb/sＴＲＣＨでＤチャネルを形成する。代替的に、ＡＰＣサブチャネルをそれ自身のＣＤＭＡチャネルで別個に変調するか、トラフィックチャネルまたはＯＷチャネルで時分割多重化することができる。

この発明の加入者ユニット１１１−１１８の各々は同時並行チャネル三つまでをサポートする。加入者局ユニットはＰＯＴＳ加入者局ユニット１１２またはＩＳＤＮ加入者局ユニット１１５の機能を持たせるのが好ましい。この発明によればＰＯＴＳ加入者局装置ユニットはＩＳＤＮサービスをサポートしないが、帯域幅資源はいずれのサービス型にも動的に割り当てできる。例えばＰＯＴＳ加入者局ユニット１１２は追加のＰＯＴＳ回線をセットアップすることも切断することもでき、ＩＳＤＮ加入者局ユニット１１５はＢチャネル搬送ベアラを動的に追加することもできまた切断することもできる。ＰＯＴＳサービスの動的帯域幅割当てについては、活性状態の３２kb/sＡＤＰＣＭサービスがベアラ種類を３２kb/s未符号化データから６４kb/s未符号化データに変換してファクシミリ送信をサポートする。ファクシミリ通信の発呼はＲＣＳ１０４が２１００Ｈｚ応答音の有無をモニタすることによって検出する。

ＩＳＤＮサービスの動的帯域幅割当てについては、ＲＣＳ１０４がＤチャネルメッセージをモニタしてＢチャネルへの要求の発生時点および同チャネルを切断すべき時点を判定する。ＲＣＳ１０４は、ベアラチャネル割当ての変更の必要性を判定すると、後述の動的ベアラ割当て手順を開始する。ユーザデータへのＴＲＣＨ用の三つの論理チャネルのマッピングを表１に示す。

この発明による加入者局ユニット２００を図３に示す。この加入者局ユニット２００は受信機部分２０２および送信機部分２０４を含む。ＲＣＳ１０４からの信号をアンテナ２０６で受信し、チップ周波数の２倍に等しい帯域幅とスペクトラム拡散システム帯域幅の中心周波数に等しい中心周波数とを有する帯域フィルタ２０８でフィルタ処理する。フィルタ２０８の出力を固定周波数（Ｆｃ）の局部発振器を用いてミキサ２１０でベースバンド信号に周波数変換する。次に、ミキサ２１０の出力を、各論理チャネル対応のＰＮシーケンスをＰＮＲｘ発生器２１４中のミキサ２１２に加えることによって、スペクトラム拡散復号化する。ミキサ２１２の出力を交信相手エンティティとの間のインタフェースを形成する符復号器（ｃｏｄｅｃ）２１８に入力する。

例えば図２Ａ−２Ｈに示した装置で構成される交信相手のエンティティ２２０からのベースバンド信号は符復号器２１８でパルス符号変調されている。このパルス符号変調は３２kb/s適応型パルス符号変調（ＡＤＰＣＭ）とするのが好ましい。このＰＣＭ信号をＰＮＴｘ発生器２２４内のミキサ２２２に供給する。ミキサ２２２はこのＰＣＭデータ信号を論理チャネル各々につきＰＮシーケンスと乗算する。ミキサ２２２の出力を、システムチップ周波数と等しい遮断周波数を有する低域フィルタ２２６に加える。次に、このフィルタ２２６の出力をミキサ２２８に加えて、もう一つの端子への搬送波周波数Ｆｃに周波数変換する。周波数変換ずみの信号を帯域フィルタ２３０および広帯域ＲＦ増幅器２３２を通じてアンテナに導く。図には二つのアンテナ２０６、２３４を示したが、好ましい実施例はダイプレクサと送受信用の単一のアンテナとを備える。ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）２３６で捕捉プロセスとＲｘＰＮ発生器２１４およびＴｘＰＮ発生器２２４とを制御する。

この発明によって構成した複数のＲＣＳ１０４、１０５、１１０を含む基地局１０１を図４に示す。単純化のためにＲＣＳ１０４一つだけを図示してある。基地局１０１は受信機部分３０４を含む。加入者局ユニットからの信号をアンテナ３０６で受信し、チップ周波数の２倍に等しい帯域幅とスペクトラム拡散システムの帯域幅の中心周波数に等しい中心周波数とを有する帯域フィルタ３０８でフィルタ処理する。フィルタ３０８の出力を、固定周波数（Ｆｃ）局部発振器を用いて、ミキサ３１０でベースバンド信号に周波数変換する。次に、ミキサ３１０の出力を、各符復号器においてＰＮＲｘ発生器３１４の中のミキサ３１２にＰＮシーケンスを供給することによってスペクトラム拡散復号化する。ミキサ３１２の出力をＲＤＵ３１８に供給する。

ベースバンド信号はＲＤＵ３１８から受ける。この信号は３２kb/sＡＤＰＣＭ信号とするのが好ましい。ＡＤＰＣＭ信号またはＰＣＭ信号をＰＮＴｘ発生器３２４の中のミキサ３２２に加える。ミキサ３２２はこのＡＤＰＣＭデータ信号またはＰＣＭデータ信号をＰＮシーケンスと乗算する。ミキサ３２２の出力を、システムチップ周波数に等しい遮断周波数を有する低域フィルタ３２６に加える。次に、このフィルタ３２６の出力をミキサ３２８に加え、ミキサ３２８において他の端子への搬送波周波数Ｆｃにより周波数変換する。この周波数変換ずみ信号を帯域フィルタ３３０および広帯域ＲＦ増幅器３３２経由でアンテナ３３４に導く。図には二つのアンテナ３０６、３３４を示してあるが、好ましい実施例ではダイプレクサと送受信用の単一のアンテナとを用いる。ディジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）３３６はこの捕捉プロセスとＲｘＰＮ発生器３１４およびＴｘＰＮ発生器３２４とを制御する。

このシステムはＲＣＳ１０４と上記複数の加入者局ユニット１１１−１１８との間の無線リンクを提供する。帯域幅をできるだけ節約するために、このシステムは特定の通信に必要なデータ伝送速度をサポートする周波数帯域幅を選択的に割り当てる。それによって、このシステムは帯域幅利用の効率化を確実にする。例えば、表１を再び参照すると、音声通話は３２kb/s適応型パルス符号変調（ＡＤＰＣＭ）チャネルで効率的に伝送できる。しかし、高速ファクシミリ信号またはデータ符復号器信号は伝送の信頼性確保のためには少なくとも６４kb/sＰＣＭ信号を必要とする。また、加入者局ユニット１１５は二つの６４kb/sＢチャネルおよび一つの１６kb/sチャネルを含むＩＳＤＮサービスのための料金を支払いずみであるが、ＩＳＤＮ伝送容量全体を利用するのは稀である。また、発信ノードおよび着信ノードの用いる伝送速度も多様である。

それら発信ノードおよび着信ノードはコンピュータ、ファクシミリ送受信機、自動着信応答装置、データ網またはこれら装置の任意の組合せから成る。データの高信頼性伝送には、任意のデータの送信前に通信ノードの所要データ伝送速度に通信システムを確実に切り換えることが必須である。このシステムは、ユーザからの要求に即応して、これらデータ通信速度に帯域幅を効率的に割り当てるとともにデータ通信速度相互間の切換を動的に行うことができなければならない。伝送速度を低速度（音声通話をサポートする）から高速度（符号化データ通信をサポートする）に変換することによって、通信チャネル経由のデータの高信頼性高速度伝送を確実にする。また、ＩＳＤＮＤチャネルが割当てずみであり一つまたは二つのＢチャネルが要求されている場合は、通信をサポートするために符号発生器をシステムが確実に活性化しなければならない。

ＰＯＴＳについては、基本的に二つの筋書き、すなわちベアラチャネル（ＴＲＣＨ）を変換するか新たなベアラチャネルを追加または切断するかの筋書きがある。まず、ファクシミリ伝送をサポートするためにベアラチャネルを３２kb/s符号化ＡＤＰＣＭ型から６４kb/s未符号化ＰＣＭに変換する。次に、加入者がオフフックしＯＡ＆Ｍ（オーバーヘッド、管理および保守）呼が進行している場合、またはＯＡ＆Ｍ呼が起動されＰＯＴ呼が進行している場合は、新たなチャネルを追加し、または切断する。ＯＡ＆Ｍ無音声呼の進行中に、加入者局ユニット１１２は、通信装置１７０（オンフック／オフフック検出器）との間のＡ／Ｂインタフェースの変化をモニタすることによって、ユーザによる新たなＰＯＴＳ発呼を判定できる。ＰＯＴＳへの帯域幅の動的割当ての詳細は1996年６月27日提出のLompほか名義の米国特許出願第08/669,775号の一部継続出願として1997年３月11日付で提出した出願番号未付与の米国特許出願「符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）通信システム」に記載されており、同出願をここに参照してその内容全部をこの明細書に組み入れる。

ＩＳＤＮサービスについては、帯域幅の動的割当てとは、Ｄ、ＤおよびＢベアラチャネル構成またはＤおよびＢベアラチャネル構成においてＤチャネルおよびＢチャネルを必要に応じて選択的に割り当てること、およびそれらチャネルの空き時に切断することをいう。ＩＳＤＮＤチャネルは制御信号を搬送しており、ＩＳＤＮ呼が活性状態にある間は切断でない。したがって、ＩＳＤＮサービスへの帯域幅動的割当てはＢチャネルの追加および切断だけに関係する。

この発明によるＩＳＤＮサービス用帯域幅動的割当ての手順４００を図５を参照してより詳細に説明する。ＩＳＤＮ呼が起動されると、まずＤチャネルが設定される（ステップ４０２）。特定用途に必要な帯域幅は発呼ＩＳＤＮ装置からＤチャネル上のメッセージ経由で被呼ＩＳＤＮ装置に伝送される（ステップ４０４）。これらのメッセージはＨＤＬＣフォーマットであり、ＲＣＳ１０４はこれらのメッセージをＨＤＬＣインタフェース経由でモニタする（ステップ４０６）。ＲＣＳ１０４は所要Ｂチャネル数を算定すると（ステップ４０８）、これらベアラチャネルの無線インタフェース経由の設定を開始する（ステップ４１０）。ＲＣＳはＩＳＤＮこの期間中Ｄチャネル上のＨＤＬＣメッセージのモニタを続け（ステップ４１２）、Ｂチャネルの接続または切断の要否を判定する。追加のＢチャネルの接続または切断を要する場合は、ＲＣＳ１０４は無線インタフェース経由でベアラチャネルの設定または切断を開始する（ステップ４１４）。

ベアラチャネル設定の単純化した手順６００を示す流れ図を図６Ａおよび６Ｂを参照して説明する。加入者局ユニット１１１はＳＡＸＰＴを送出しながら（ステップ６０４）送信電力を急速に立ち上がらせる（ステップ６０２）。ＲＣＳ１０４は、ＳＡＸＰＴを検出すると（ステップ６０６）、ＦＢＣＣＨ上の交通信号ビットを「赤」に変えて（ステップ６０８）、検出されたことを加入者局ユニット１１１に伝える。ＲＣＳ１０４はＦＢＣＣＨを送信する（ステップ６１０）。加入者局ユニット１１１はＦＢＣＣＨをモニタし（ステップ６１２）、ＦＢＣＣＨ上で「交通信号」が赤になったことを認識すると送信電力急速立上げを停止する（ステップ６１４）。次に、加入者局ユニット１１１はＬＡＸＰＴを送出しながら（ステップ６１８）送信電力の低速立ち上げを続ける（ステップ６１６）。ＲＣＳ１０４がＬＡＸＰＴを捕捉すると（ステップ６２０）、加入者局ユニット１１１にＣＴＣＨ上のＳＹＮＣ−ＯＫメッセージにより知らせる（ステップ６２２）。上記アクセス手順の送信電力立上げ部分はこれで完結する。

加入者局ユニット１１１は、ＣＴＣＨ上でＳＹＮＣ−ＯＫを受けたのち（ステップ６２４）、アクセス要求メッセージをＡＸＣＨ上に送出する（ステップ６２６）。ＲＣＳ１０４は、この要求を受けると（ステップ６２８）、ＡＸＣＨメッセージの受信を割り当て符号シードを含むＣＴＣＨ上のメッセージで確認する（ステップ６３０）。加入者局ユニット１１１は、割当て符号シードをＡＸＣＨ上で搬送するベアラ確認メッセージを検出して受信確認し（ステップ６３２および６３４）、それをＲＣＳ１０４が検出する（ステップ６３６）。ここで符号切換を行って、加入者局ユニット１１１およびＲＣＳ１０４は割当て符号使用に同時に切り換わる（ステップ６３８および６４０）。このようにしてベアラチャネルは設定される。

加入者局ユニット１１１とＲＣＳ１０４との間の通信の階層型プロトコルを、開放型システム間相互接続（ＯＳＩ）基準モデルの階層との対応関係と併せて図７に示す。物理層（ＰＨＬ）は、（１）ＣＤＭＡ符号の発生、（２）送信機と受信機との間の同期、（３）ミディアムアクセス制御（ＭＡＣ）層へのベアラの供給、（４）ＭＡＣの特定するＣＤＭＡ符号に基づくビットのスペクトラム拡散およびＭＡＣの特定する電力レベルによる送信、（５）自動送信電力制御を可能にするための受信信号強度の測定、および（６）パイロット信号の発生および送信を行う。ＭＡＣ層は、（１）順方向誤り訂正（ＦＥＣ）のための符号化および復号化、（２）ＣＤＭＡ符号の割当て、（３）暗号化および復号化、（４）暗号化し誤り訂正したベアラの供給、（５）ＭＡＣピア・ピア間メッセージおよびデータのフレーム形成、誤り訂正および弁別、（６）データリンク制御（ＤＬＣ）フレーム、並びに（７）送信電力自動制御情報の処理を行う。データリンク制御層（ＤＬＣ）はプロトコルスタックのより高いレベルの層の間の誤りなしのリンクを提供する。

図８Ａに示すとおり、加入者局ユニット１１１とＲＣＳ１０４との間のシグナリングは上記プロトコルのＭＡＣ層およびＤＬＣ層を関与させる。ＰＯＴＳサービスのためのベアラチャネルが上述のとおり設定されると、このサービスが利用可能になり、切断されるまでまたは同時並行のＯＡ＆Ｍ呼およびＰＯＴ呼の場合はファクシミリ送信またはもう一つの呼のサポートのための変換を要しない限りその状態に留まる。進行中のＯＡ＆Ｍ呼があり加入者局ユニット１１１がＰＯＴＳサービス呼を開始する場合は、図８Ａに示した手順に入る。この図は加入者局ユニット１１１の開始した単純化ベアラ切換方法を図解する。メッセージは加入者局ユニット１１１のデータリンク制御層（ＤＬＣ）およびミディアムアクセス制御層（ＭＡＣ）とＲＣＳ１０４の各対応層との間で授受される。まず、加入者局ユニット１１１のＤＬＣ層が加入者局ユニット１１１のＭＡＣ層への切換要求を起動し、加入者局ユニット１１１はこの切換要求をＲＣＳ１０４のＭＡＣ層に差し向ける。ＲＣＳ１０４はＭＡＣ層経由で加入者局ユニット１１１に確認を送り、ＲＣＳ１０４のＤＬＣ層に切換指示を送る。加入者局ユニット１１１ではＲＣＳ１０４からＭＡＣ層経由で送られてきた切換確認を加入者局ユニット１１１のＤＬＣ層に転送する。

進行中のＰＯＴＳサービス呼がありＲＣＳ１０４が同じ加入者局ユニット１１１にＯＡ＆Ｍ呼を開始したときは、図８Ｂに示した手順に入る。この図はＲＣＳ１０４の開始した単純化ベアラ切換方法を図解する。ＲＣＳ１０４は切換指示メッセージをＭＡＣ層経由で加入者局ユニット１１１に送る。加入者局ユニット１１１はこのメッセージをＤＬＣ層経由で転送する。

ＩＳＤＮにおけるベアラチャネル設定を図９Ａおよび９Ｂを参照して説明する。ステップ９０２−９４０は図６Ａおよび図６Ｂにおける対応のステップ６０２−６４０とそれぞれ同じである。しかし、加入者局ユニット１１１およびＲＣＳ１０４が両方とも割当て符号に切り換わった（ステップ９３８および９４０）あと、いくつかの追加のステップが必要になる。加入者局ユニット１１１およびＲＣＳ１０４が割り当て符号に切り換えられると（ステップ９３８および９４０）、ＩＳＤＮＤチャネルが活性状態になる。この時点で加入者局ユニット１１１とＩＳＤＮ装置との間のインタフェースは既に活性状態にある。ＲＣＳ１０４はＨＤＬＣフォーマットのＤチャネルメッセージのモニタを開始する（ステップ９４２）。ＲＣＳ１０４は、特定の用途に一つ以上のＢチャネルが必要であることを検出すると、無線インタフェース経由でこれらベアラチャネルの設定を開始する。このプロセスは図５に示した手順に従って続けられる。この手順におけるＭＡＣメッセージおよびＤＬＣメッセージの流れは図８Ｂに示すのと同じである。

ＰＯＴＳおよびＩＳＤＮのためのベアラチャネルの追加または切断はＤチャネルメッセージの対応フィールドの中の値で指示する。したがって、図８Ｂの流れ図はベアラチャネルの動的切換による設定にも動的切換による切断にも適合する。

特定の実施例を部分的に詳細に参照してこの発明を上に述べてきたが、それら詳述部分は例示のためのものであって限定を意図するものではない。この明細書に開示したこの発明の真意と範囲を逸脱することなくこの発明の構成および動作態様に多数の変形が可能で
あることは当業者に認識されよう。

ＣＤＭＡによる第三世代広帯域移動無線通信方式のシステム容量の拡大に適用できる。

１０１ 基地局
１０２ 無線分配ユニット（ＲＤＵ）
１０３ 市内交換局
１０４−１１０ 無線搬送波局（ＲＣＳ）
１１１−１１８ 加入者局ユニット
１３１−１３９ リンク
１４１−１５０ 電話会社リンク
１６１−１６５ 無線リンク

Claims (10)

1. ユーザの要求によりデータ通信レートをダイナミックにスイッチングするための無線デジタルコード分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）通信システムにおいて、
   少なくとも１つの第一通信ステーションであって、
   所定のデータ通信レートの通信チャネルを確立するデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）と、
   少なくとも１つのチャンネルを使用して初期データレートで通信を送信する送信機セクションと、を備え、
   前記ＤＳＰは、前記通信をモニタして、前記通信を引き続いてサポートするために望ましい調節されたデータレートを決定し、
   前記ＤＳＰは割当てられたチャネルのデータレートの合計が少なくとも前記調節されたデータレートと等しく且つ前記調節されたデータレートに所定のレートをプラスしたものよりも大きくならないように、前記調節されたデータレートに基づいて前記通信のために十分な数の割当て、そして
   前記送信機セクションは前記割当てられたチャネル内で前記通信の送信を続け、これにより前記ステーションは前記通信中に割当てられたチャネルの数を変更することにより前記通信のためのチャンネルをダイナミックに追加又は分解することを特徴とする無線デジタルＣＤＭＡ通信システム。
2. 前記第一通信ステーションが加入者ユニットである請求項１に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
3. パワーコマンドは制御シグナリングと共に物理的チャネル上で時分割多重化されている請求項２に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
4. アクセス中に、前記加入者ユニットがアクセスチャネル上をパイロット及びメッセージを送信し、そして前記メッセージ及びパイロットの送信は同期化されるように、前記ＤＳＰは前記送信機セクションを制御する請求項２に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
5. コード信号が基地局に送信され、そして前記アクセスチャネル上を送信されるメッセージが前記基地局が前記コード信号を検出した後に送信されるように、前記ＤＳＰは前記送信機セクションを制御する請求項４に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
6. 送信されたコード信号が基地局により検出されない時、第二コード信号が増加されたパワーレベルで送信されるように前記ＤＳＰは前記送信機セクションを制御する請求項５に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
7. 前記割当てられたチャネルがＭＡＣピアー・ツー・ピア・メッセージとデータを伝播する請求項２に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
8. 前記ＤＳＰが前記通信のために複数のトラフィック・チャネルを割当て、そして少なくとも２つの前記複数のトラフィック・チャネルが異なるデータレートを有する請求項２に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
9. 前記通信は最初は単一コールを処理し、そして第二の追加コールが前記通信に追加される請求項２に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。
10. 加入者ユニットのＭＡＣレイヤーが前記通信のためのデータレートの変化を示すためにＭＡＣ信号を送信する請求項２に記載の無線デジタル（ＣＤＭＡ）通信システム。

Images