JP2009540752A - 無線通信ネットワークにおける移動端末による搬送波無線信号の変調 - Google Patents

Abstract

無線通信ネットワークにおいて、移動端末から情報を送信する方法が提供される。この方法は、第１の基地局から第２の基地局に無線信号を送信することを含む。移動端末は、無線信号に情報を含めるために無線信号を変調する。第２の基地局はこの無線信号を受信し、情報を復調する。

Description

本発明は遠距離通信に関し、具体的には無線通信に関する。

既知の無線通信ネットワークにおいては、より高いデータ転送率への移行により、移動端末が相対的に高い無線周波数（ＲＦ）送信出力を必要とすることになる。高い送信出力は受信の精度をより高め、その結果、より高いデータ転送率を可能にする。

移動端末は、ネットワークの基地局のアンテナの範囲内にある場合に無線通信ネットワークに接続される。良好なアップリンク接続性、すなわち移動端末から基地局方向への送信の良好なカバレッジを確保するために、移動端末が実質的に常に基地局の範囲内にあるよう、移動端末内のＲＦ送信機の送信出力が高くなければならないか、単位面積あたりに多数の基地局が必要である。

本発明者は、多くの場合で基地局による適宜正確な受信を維持しながら移動端末から送信される無線信号の送信出力を下げることのできる情報送信の方法を見出した。

本発明の一実施例は、無線通信ネットワークにおける移動端末からの情報送信の方法である。この方法は、第１の基地局から第２の基地局への無線信号の送信を含む。移動端末は、無線信号に情報を含めるように無線信号を変調する。第２の基地局はこの無線信号を受信し、情報を復調する。

信号は有利には本来よりも低出力で移動端末から送信でき、いくつかの実施形態では依然として正確に受信できる。その結果、移動端末は本来よりも低出力の送信機で構築することができる。バッテリに対する要求が軽減されるため、より小型で軽量のバッテリを移動端末内に備えることができる。さらに、バッテリの再充電間の使用時間も長くなる。

なお、基地局間で直接送信される無線信号は、例えばネットワークを介してある基地局から別の基地局へデータを搬送するために、または異なる基地局から移動端末への同一データの多重送信を可能にするために使用できる。

本発明の一実施形態を実施例を用い図面を参照して説明する。

比較のために、既知のネットワークを最初に説明する。次に、本発明の第１の実施形態による例示のネットワークを詳細に説明する。

既知の手法
図１に示すように、既知の無線通信ネットワークは、第１の基地局１１および第２の基地局１２を含む。移動局は、データが両方向に転送可能なように無線周波数（ＲＦ）信号が移動端末および基地局の両方により十分強く受信される場合に基地局に接続できる。例えば、図１に示すように、次いで移動端末１３が第１の基地局１１に、アップリンク送信経路１５およびダウンリンク送信経路１５’を経由して接続される。

送信機と受信機との間の許容できる距離は、送信される信号の強度により制限される。例えば、図１では、アップリンク経路１５の距離が、基地局１１が移動局１３から送信される信号を正確に受信する距離であるので、移動端末１３は第１の基地局１１の範囲内にある。その一方、第２の移動端末１４と基地局１１との間の距離１６、１６’は、第２の移動端末１４により送信される信号が第１の基地局により正確に受信されない状態で、より長くなっている。第２の移動端末１４と第２の移動端末１４と最も近い基地局１２との間の距離１７、１７’もまた非常に離れているため、第２の移動端末１４から第２の基地局１２への信号もまた正確に受信されない。

基地局１１、１２の１つと第２の移動端末１４との間のアップリンク接続性を得る既知の方法は、単純に第２の移動端末１４の送信出力を高めるものである。ただし、移動端末はバッテリを電力源としているため、これはバッテリの強さがより強くなければならないであろうことを意味し、バッテリが再充電タイプであるとすれば、バッテリはより頻繁に再充電する必要があるだろう。送信信号の出力を高めることのできる程度には、例えばバッテリのサイズの制限およびユーザの健康に起こりうる害を回避する必要性などによる厳格な実用上の制限がある。

接続性を確保する別の既知の方法は、基地局の密度、すなわち単位面積あたりの数を増やすことである。都合の悪いことに、これは基地局へのさらなる投資を必要とし、端末の基地局に対する比が低減するため基地局の使用の効率は悪くなるだろう。

基地局へは幹線の電力が供給されるため、ダウンストリーム接続性はそれほど問題ではない。したがって、より正確な信号受信を確保するために送信出力を高めることは簡単であり、移動端末における場合よりも問題を引き起こさない。

例示の実施形態
既知のシステムを検討する際、移動端末は、ある基地局から別の基地局へ送信される無線信号を変調することにより、その信号をより小さい送信出力を使用して基地局に送信できると本発明者は考えた。

変調モード
本発明の一実施形態によるネットワークを図２に示す。簡単にするため、２つの基地局および２つの移動端末のみを示す。図２に示すネットワークは図１に示すネットワークと概して同様だが、ただし、（ａ）連続無線周波数（ＲＦ）信号２８、２８’が第１の基地局２１と第２の基地局２２との間で送信されており、（ｂ）移動端末２４が、基地局へ直接ＲＦ信号を送信する代わりに、基地局２１、２２間で送信されるＲＦ信号２８（および／または２８’）を変調している。したがって、移動端末は、アップリンク接続の「変調モード」にあると考えることができる。

変調信号２９は、搬送波信号が変調されず、そのためアップリンク信号が単独で移動局から送信される場合に本来必要とされるであろうアップリンク信号と比べて相対的に弱い。

変調信号は、周波数変調、符号変調（例えば、符号分割多元接続システムにおける場合）、または時変調などの既知のタイプの１つまたは複数の変調信号特性に基づく。複数の移動端末は、例えば異なる符号または異なるタイム・スロットを使用して単一の連続ＲＦ信号２８、２８’を変調できる。変調を行うために事前設定された信号特性を移動端末が使用してよく、あるいは、基地局２１、２２の１つまたは複数が、適宜、続いて起こるアップリンク送信で使用される信号特性を移動端末に知らせてもよい。

ダウンリンク方向では、直接ＲＦリンク２７’（または２６’）が基地局２２（または２１）から移動端末２４に対して使用される。

基地局２１、２２間にはＲＦ信号２８、２８’があり、これらの信号２８、２８’は基地局から基地局への直接のデータ転送に有用に使用できることに留意されたい。一例では、データを有線ネットワーク経路の代わりにネットワークを通じて送信する。別の例では、同一データを２つの基地局から移動端末に、すなわち、いわゆる「冗長」接続を使用して送信できるようにして、移動局における受信の正確な信頼性を高める。

図２に示すネットワークは、当然、追加の基地局（図示せず）を含んでよい。

ダイレクト・モード
念のため、図２に示す無線通信ネットワークは、アップリンク経路２５の距離が移動局２３から強い出力ではなく適度な出力で送信される信号を基地局２１が正確に受信する距離であるので、第１の基地局２１の範囲内にある追加の移動端末２３を含むことを付け加えておく。したがって、追加の移動端末２３は、アップリンク送信経路２５およびダウンリンク送信経路２５’を経由して第１の基地局２１に直接接続される。これは、アップリンク接続の「ダイレクト・モード」として考えることができる。

図２に示すネットワークは、当然、追加の移動端末（図示せず）を含んでよい。

移動端末
各移動端末は、アップリンク接続用にダイレクト・モードまたは変調モードのいずれかを選択できるように構成される。

図３に示すように、移動端末２３、２４は送信機３０および受信機３２を含む。送信機３０は変調信号発生器３４および直接信号発生器３６に接続される。変調信号発生器３４は、移動端末が変調モードにある場合に送信用の信号を生成するように機能する。直接信号発生器３６は、移動端末がダイレクト・モードにある場合に送信用の信号を生成するように機能する。発生器は、２つの発生器３４、３６に接続された制御回路３８による使用のために選択可能である。制御回路３８は、以下で論じる復調されたページング信号およびハンドシェイク信号を受信する受信機３２に接続される。

制御回路３８は、以下で説明する使用のためのタイマ３９を含む。

接続モードの選択
ネットワークは、ネットワークの全体的なカバレッジ・エリア内にある任意の移動端末２３、２４がいつでも基地局に接続できるであろう十分近い間隔で配置された基地局２１、２２を備えるように構成される。基地局２１、２２のそれぞれは、周期的にページング・メッセージを送信する。図４に示すように、移動端末２４は、移動端末２４の現在地の周囲にある異なる基地局２２、２１のそれぞれから１つまたは複数のページング・メッセージを受信（図４のステップａ、ｂ）する。

次いで移動端末は、応答するページング・メッセージを選択し（ステップｃ）、選択された基地局に確認メッセージを送り返す。選択の基準は、例えば異なる基地局からのどちらのページング・メッセージが最も強く受信されるかである。次いで移動端末は、アップリンク接続にどちらのモード、すなわちダイレクト・モードまたは変調モードを使用するか選択し、次に基地局に対応する初期化メッセージを送信する（ステップｅ）。基地局が初期化メッセージを正常に受信したと仮定すると、基地局は、選択されたモードが使用のために許容できることを移動端末に確認する、ハンドシェイク・メッセージとして多くの場合に知られる信号を送信する（ステップｆ）。

図５に示すように、他方では、移動端末のタイマ３９によって測定される所定のタイムアウト時間内に基地局からのハンドシェイク・メッセージを移動局が受信しない（すなわち、図４に示すステップｆが発生しない）場合（ステップｆ’）、移動端末は代わりに別の基地局に確認信号を送信し（ステップｇ）、次いで初期化信号を送信する（ステップｈ）。この第２の基地局は、２番目に強いページング・メッセージが受信される基地局であるという基準によって選択してよい。さらなるタイムアウト時間内にその別の基地局からハンドシェイク・メッセージが受信されない場合（ステップｉ）、移動端末は次にアップリンク接続の２つのモード、すなわちダイレクト・モードおよび変調モードのもう一方を選択し、第１の基地局に新しい確認メッセージを送信する（ステップｊ）。

このプロセスは、移動端末が正常にハンドシェイク・メッセージを受信する（ステップｌ）まで、選択された異なる基地局およびモードで繰り返しのシーケンスで継続される（図５のｋで示す）。

変調モードにおける信号劣化
図２を再び参照すると、例えば悪天候が無線信号を減衰させることによる信号劣化が生じたときは、この劣化は移動端末２４によって変調された変調信号２９を受信する基地局２２によって検知される。次いで基地局２２は近隣の基地局２１と通信し、他の近隣の基地局も弱くなった信号強度を受信したかを確認する。信号劣化が確認されると、基地局におけるより高い受信精度を確保するため、基地局は移動端末２４に対して変調モードからダイレクト・モードに切り替えるよう指示する。これは、移動端末においてより高い無線送信出力が必要であるという不利にもかかわらず行われる。

概要
いくつかの他の実施形態では、移動端末はダイレクト・モードと変調モードとの両方を同時に使用してアップリンク接続可能である。これは、移動端末が送信するデータを、少なくとも１つの基地局が正確に受信する可能性を高めるためである。これは、時に高められた「冗長性」として知られる。

本発明は、その精神または本質的な特徴から逸脱することなく他の具体的な形式に取り入れられてよい。説明された実施形態は、あらゆる点で制限的なものではなく、例示的なものとしてのみみなされるべきである。したがって、本発明の範囲は、前述の説明にではなく添付の特許請求の範囲に示される。特許請求の範囲の均等物の意義および範囲内の変更は、特許請求の範囲内に含まれるものとする。

既知の無線通信ネットワーク（従来技術）を示す図である。 本発明の第１の実施形態による無線通信ネットワークを示す図である。 図２に示す移動端末をより詳細に示す図である。 図２に示す移動端末から基地局への接続を設定する際のメッセージングを示すメッセージ・シーケンス図である。 図２に示す移動端末から基地局への接続を設定する際の、可能なさらなるメッセージングを示すメッセージ・シーケンス図である。

Claims (12)

1. 無線通信ネットワーク内において、移動端末から情報を送信する方法であって、
   第１の基地局から第２の基地局に無線信号を送信するステップと、
   前記情報を前記無線信号に含めるために前記移動端末が前記無線信号を変調するステップと、
   前記第２の基地局が前記無線信号を受信し、前記情報を復調するステップと
   を含む方法。
2. 前記変調が周波数変調および時変調の１つまたは複数を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記ネットワークが符号分割多元接続、すなわちＣＤＭＡのネットワークであり、前記変調が符号変調を含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記第１の基地局から前記第２の基地局への前記無線信号が、前記第１の基地局から前記第２の基地局へのデータの送信にも使用される、請求項１に記載の方法。
5. 前記ネットワークが複数の基地局を備え、前記複数の基地局のそれぞれが他の前記基地局と無線リンクを確立し、前記移動端末が
   前記移動端末から最も少ない信号減衰で信号を受信すると考えられる前記基地局を選択し、
   前記基地局への無線リンクの前記無線信号を変調する、
   請求項１に記載の方法。
6. 送信機と信号発生器とを備える無線通信用の移動端末であって、
   前記信号発生器が、送信用の情報から、前記移動端末を通過する無線搬送波信号を変調するようになされた変調信号を生成するように機能し、
   前記送信機が前記変調信号を送信するように機能する
   移動端末。
7. 送信用の情報から、基地局間で送信される搬送波無線信号を変調することなく基地局に直接送信される信号を生成するように前記送信機を制御するように機能する追加の信号発生器をさらに備える、請求項６に記載の移動端末。
8. 前記変調信号発生器および追加の信号発生器が選択可能に機能する、請求項７に記載の移動端末。
9. 基地局への信号の減衰の推定に基づき、前記変調信号発生器または前記追加の信号発生器を使用するかどうかを選択するように機能する制御回路を備える、請求項８に記載の移動端末。
10. 移動端末との通信で使用するようになされた第１の基地局と第２の基地局とを備える無線通信ネットワークであって、前記第１の基地局が前記第２の基地局に無線信号を送信するように機能し、前記ネットワークが請求項６に記載の少なくとも１つの移動端末を含む無線通信ネットワーク。
11. 前記少なくとも１つの移動端末が、送信用の情報から、基地局間の無線搬送波信号を変調することなく前記基地局の１つに直接送信される信号を生成するように前記送信機を制御するように機能する追加の信号発生器を備え、
    受信された信号の品質の劣化を確認すると、前記基地局の１つが前記移動端末に前記追加の信号発生器の使用に移行するよう指示する、
    請求項１０に記載の無線通信ネットワーク。
12. 前記ネットワークが複数の基地局を備え、前記複数の基地局のそれぞれが他の前記基地局と無線リンクを確立し、前記移動端末が前記移動端末から最も少ない信号減衰で信号を受信すると考えられる前記基地局を選択するように機能し、前記基地局への無線リンクの前記無線信号を変調する、請求項１０に記載の無線通信ネットワーク。

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