JP2013110750A - 無線ｃｄｍａシステムにおいて送信電力立上りを短符号の利用により制御するシステム - Google Patents

Abstract

【課題】無線CDMA通信システムにおいて加入者ユニットと基地局との間の通信チャンネル設定期間中の送信電力立上りの制御方法を改良する。
【解決手段】CDMA通信システムにおけるチャンネル設定期間中の送信電力制御のためのシステムおよび方法は、初期送信電力上昇時に加入者ユニットから基地局への短符号の送信を利用する。この短符号は慣用の拡散符号よりもずっと短い周期の基地局による検出のための系列である。送信電力上昇は基地局による検出に必要な送信電力レベルよりも低いことが保証されている送信電力レベルから開始する。加入者ユニットは前記短符号を繰り返し送信しながら前記基地局によるその信号の検出まで送信電力を急速に上昇させる。基地局は、その短符号をいったん検出すると、送信電力上昇を停止するように加入者ユニットに指示を送る。
【選択図】図７

Description

この発明は概括的にはCDMA通信システムに関する。より詳しくいうと、この発明は加入者ユニットからの信号を基地局で検出するための所要時間を短縮するように、加入者局から基地局への短符号送信を利用するCDMA通信システムに関する。検出時間の短縮によって加入者ユニットからの初期送信電力のより速い立上りが可能になり、不要な送信電力オーバーシュートを低減できる。

無線通信システムの利用は、それらシステムの信頼性および通信容量の改良に伴って過去十年の間に劇的に伸びた。無線通信は、有線通信が実用的でないまたはその使用が不可能な多様な応用分野で用いられている。無線通信の利用には、セルラー電話通信、遠隔地通信、災害復旧用の応急通信などがある。また、無線通信は老朽化した電話回線および旧式の電話機器の置換の際の経済的に実現可能な代替品になった。

無線通信システムに利用可能なRFスペクトラム帯は重要な資源である。このRFスペクトラムを商用、官庁用、軍用のあらゆる用途に共用しなければならない。システム通信容量の拡大のために無線通信システムの効率の改善が常に求められている。

この分野では符号分割多重アクセス（CDMA）無線通信システムがとくに有望視されている。より普通の時分割多重アクセス（TDMA）システムも周波数分割多重アクセス（FDMA）システムも最近の技術的進歩の利用により改善されてきたが、CDMAシステム、とくに広帯域符号分割多重アクセス（B-CDMA）システムはTDMAシステムおよびFDMAシステムに比べて著しい利点を備える。B-CDMAシステムにおける符号化および変調密度、干渉除去およびマルチパス耐性、同一周波数スペクトラムの各通信セルにおける再使用などが効率改善の理由である。CDMA通信信号のフォーマットのために通信傍受は極めて困難になり、通話者間の秘密が確保され詐欺防止策となる。

CDMAシステムでは周波数スペクトラムの同一部分が全加入者の通話に使われる。各加入者ユニットのベースバンドデータ信号を、繰返し周波数のずっと高い「拡散符号」と呼ばれる符号系列と乗算する。データシンボルの繰返し周波数に対する拡散符号の繰返し周波数は「拡散率」または「処理利得」と呼ばれる。この符号化によって、ベースバンド信号の周波数スペクトラムよりもずっと広い伝送周波数スペクトラムが生じ、そのためにこの手法は「スペクトラム拡散」と呼ばれる。加入者ユニット相互間の区別およびそれらユニットからの信号の区別は、CDMAチャンネルと呼ばれる通信リンクの各々に特有の拡散符号を割り当てることによって行う。通話はすべて同一の周波数帯経由で送られるので、各CDMA通話は他の加入者ユニットからの通話信号および周波数・時間両領域における雑音関連信号と重なる。

複数の加入者ユニットが同一の周波数スペクトラムを使うのでシステムの効率が向上する。しかし、加入者ユニットの使用数が増加するに伴ってシステムの性能が徐々に低下する。各加入者ユニットはそのユニットに特有の拡散符号を伴う通話信号を有効信号として検出し、それ以外のすべての信号を雑音とみなす。基地局に達する加入者ユニットからの信号が強いほど、基地局における他の加入者局からの信号の受信および復調により強い干渉を生ずる。極端な場合は、一つの加入者ユニットからの受信電力が他の加入者ユニットからの通話を停止させるほどの大きさになることもあり得る。したがって、無線CDMA通信システムでは全加入者ユニットからの送信電力を制御することが極めて重要である。通信リンク接続ののち閉ループ電力制御アルゴリズムを用いることによってこの目的は達成できる。

加入者ユニットが基地局との交信を開始しようとしておりしかも送信電力制御ループがまだ設定されていない段階での送信電力制御がとくに重要である。通常は、加入者ユニットの所要送信電力は、伝搬損失、他の加入者からの干渉、通話路雑音、フェーディングほかの通話路特性の関数として絶え間なく変動している。したがって、加入者ユニットには送信開始時の送信電力レベルはわからない。ある加入者ユニットの送信開始時の送信電力レベルが高すぎると、それ以外の加入者ユニットの通信に干渉し、それら加入者の通信を停止させてしまう場合さえあり得る。送信開始時の送信電力レベルが低すぎると、その加入者ユニットからの信号は基地局で検出されず、通信リンクは形成されない。

CDMA通信システムにおける送信電力制御には多様な手法がある。例えば、米国特許第5,056,109号（ギルハウゼンほか）は加入者ユニットおよび基地局の両方からの周期的信号測定値に基づいて加入者ユニット送信電力を定める送信電力制御システムを開示している。基地局からパイロット信号を全加入者ユニットに送信し、加入者が受信パイロット信号を分析し、送信信号の電力損失を推定し、それにしたがって自局送信電力を調節するのである。加入者ユニットの各々は、他加入者ユニットへの干渉の原因となる電力の急増を防止する非直線損失出力フィルタを備える。この手法は複雑すぎるので、基地局が一つの加入者局の急速捕捉をそれ以外の加入者局への干渉を抑えながら行うことはできない。また、順方向リンク（基地局から加入者ユニットへの送信）における伝搬損失、干渉および雑音レベルが逆方向リンク（加入者ユニットから基地局への送信）におけるそれら値と同じにならないことが多い。順方向リンク電力損失に基づく逆方向リンク電力損失推定値は正確でない。

上記以外の従来型送信電力制御システムの多くは、送信電力制御のために交信ユニット間の複雑な制御用シグナリングまたは所定送信電力値を必要とする。それら送信電力制御手法は融通性に欠け、実動化が困難である。

ＥＰ ０ ５６５ ５０７

したがって、無線CDMA通信システムにおける加入者ユニットの送信電力の初期立上りを効率的に制御する方法が必要である。この発明の目的は、CDMA加入者ユニットと基地局との間の通信チャンネルの設定期間中の送信電力立上りの制御に改良方法を提供することである。

この発明は、無線CDMA通信システムにおけるチャンネル設定期間中の送信電力制御を、送信電力の初期立上りの期間中に加入者ユニットから基地局に短符号を送信することによって行う新規な送信電力制御方法から成る。上記短符号は、基地局検出用で慣用の拡散符号よりもずっと短い周期のパルス系列である。送信電力立上りは、基地局による検出のための所要電力レベルよりも必ず低い電力レベルから開始する。加入者ユニットは、上記短符号を繰返し送信しながら、その短符号が基地局に検出されるまで、送信電力を急速に増大させる。基地局は、その短符号を検出すると、送信電力増大を止めるよう加入者ユニットに指示を送る。この短符号の利用によって、送信電力オーバーシュートおよび他の加入者ユニットへの干渉を制限し、基地局がその加入者ユニット特有の拡散符号に急速に同期できるようにする。

無線CDMA通信システム用の加入者ユニットおよび基地局の初期立上りの制御を効率化する。

この発明による符号分割多重アクセス（CDMA）通信システムの概略的概観図。 基地局の稼動範囲を示す概略図。 基地局と加入者ユニットとの間の通信信号のタイミング図。 基地局と加入者ユニットとの間の通信チャンネル設定の流れ図。 加入者ユニットからの送信出力電力のグラフ。 この発明の好適な実施例による短符号利用の基地局・加入者ユニット間通信チャンネル設定の流れ図。 この発明の好適な実施例による短符号利用の基地局・加入者ユニット間通信チャンネル設定の流れ図。 短符号を用いた加入者ユニットからの送信出力電力のグラフ。 短符号の適応型選択を示す説明図。 この発明による基地局のブロック図。 この発明による加入者ユニットのブロック図。 この発明にしたがって実行される送信電力立上げ手順のフロー図。 この発明にしたがって実行される送信電力立上げ手順のフロー図。 基地局と複数の加入者ユニットとの間の信号の伝搬を示す図。 低速初期捕捉を用いた基地局・加入者ユニット間通信チャンネル初期設定の好適な実施例の流れ図。 高速再捕捉を用いた基地局・加入者ユニット間通信チャンネル再設定の好適な実施例の流れ図。 図１５Ａは基地局と複数の加入者局との間の通信の概略図、図１５Ｂは基地局と実質的に位置把握ずみの加入者ユニットとの概略図。 実質的に位置把握ずみの複数の加入者ユニットの概観図。 この発明によって製造した加入者ユニットのブロック図。 低速初期捕捉を用いた基地局・加入者ユニット間通信チャンネル初期設定の代替的実施例の流れ図。 高速再捕捉を用いた基地局・加入者ユニット間通信チャンネル再設定の代替的実施例の流れ図。 低速初期捕捉を用いた基地局・加入者ユニット間通信チャンネル初期設定の第２の代替的実施例の流れ図。 流れ図の各ステップの対応訳。 流れ図の各ステップの対応訳。 流れ図の各ステップの対応訳。 流れ図の各ステップの対応訳。 流れ図の各ステップの対応訳。 流れ図の各ステップの対応訳。 流れ図の各ステップの対応訳。

図面を参照して好適な実施例を説明する。これら図面全体を通じて、同一の構成要素は同一の参照数字で表す。

この発明を実施した通信網１０を図１に示す。通信網１０は各々が複数の加入者ユニット１６と無線通信可能な一つ以上の基地局１４を備え、加入者ユニット１６の各々は固定局でも移動局でもよい。各加入者ユニット１６は最寄りの基地局１４または通信信号強度の最も大きい基地局１４と通信する。基地局１４は、基地局１４相互間の通信を調整する基地局コントローラ２０とも通信する。通信網１０は公衆交換網（PSTN）２２とも接続でき、その場合は基地局コントローラ２０は基地局１４とPSTN２２との間の調整も行う。各基地局１４と基地局コントローラ２０との間の通信は有線回線でも可能であるが無線リンク経由とするのが好ましい。基地局１４が基地局コントローラ２０の近傍にある場合は有線回線を利用できる。

基地局コントローラ２０はいくつかの機能を有する。まず、基地局コントローラ２０は、加入者ユニット１６、基地局１４および基地局コントローラ２０の相互間の無線通信すべての設定および維持に関連する運用、管理、維持（OA&M）シグナリングを供給する。また、基地局コントローラは無線通信システム１０とPSTN２２との間のインタフェースを形成する。このインタフェースは基地局コントローラ２０経由でシステム１０に出入りする通信信号の多重化および多重化解除を含む。無線通信システム１０をRF信号送信用アンテナを備えるものとして図示したが、マイクロ波または衛星アップリンク経由の通信も可能であることは当業者に認識されよう。また、基地局コントローラ２０の機能を基地局１４に組み入れて「主基地局」を形成することもできる。

図２を参照すると、基地局１４と複数の加入者ユニット１６との間の信号伝搬が示してある。双方向通信チャンネル（リンク）１８は基地局１４から加入者ユニット１６への送信信号２０（Tx）と加入者ユニット１６から基地局１４への受信信号２２（Rx）とを含む。Tx信号２０は基地局１４から送信され、伝搬遅延Δｔののちに加入者ユニット１６に受信される。同様に、Rx信号２２は加入者ユニット１６から送信されて追加の伝搬遅延Δｔののちに基地局１４で受信される。すなわち、往復伝搬遅延は２Δｔになる。好適な実施例では、基地局の稼動範囲は約30キロメートルである。最大稼動範囲にある加入者ユニットに関連する往復伝搬遅延は200マイクロ秒である。

基地局と加入者ユニットとの間の通信チャンネルの設定が、基地局１４および加入者ユニット１６におけるこの発明の範囲外の多数のタスクを伴う複雑な手順であることは当業者に明らかであろう。この発明は通信チャンネル設定時の初期送信電力立上りおよび同期を対象とする。

図３を参照すると、基地局１４と加入者ユニット１６との間のシグナリングが示してある。この発明によると、基地局１４はその基地局１４の送信範囲内に位置する加入者ユニット１６全部にパイロット符号４０を連続的に送信する。パイロット符号４０はデータビットを搬送しない拡散符号である。このパイロット符号は加入者ユニット１６捕捉および同期、並びに受信用適応型整合フィルタのパラメータ決定に用いる。

加入者ユニット１６は基地局１４からのパイロット符号４０を捕捉しなければデータ送受信ができない。捕捉は加入者ユニット１６が自局でローカルに発生した拡散コードを受信パイロット符号４０に位相合わせる過程である。加入者ユニット１６は、受信パイロット符号４０の可能性あるすべての位相のサーチを、正しい位相（パイロット符号４０の始点）の検出まで行う。この受信用および送信用同期は、拡散符号の位相に関する限り加入者ユニット１６による追加の遅延の導入はないことを意味する。したがって、図３に示すとおり、基地局１４から送信されたパイロット符号４０と、基地局１４の受信した加入者ユニット送信拡散符号４２との間の相対遅延は往復伝搬遅延のみによる２Δｔである。

好適な実施例においては、パイロット符号の長さは29，877，120チップであり、送信所要時間は拡散率に応じて約２乃至５秒である。パイロット符号の長さはデータ伝送速度または帯域幅に関わりなくデータシンボルの倍数に選んである。当業者に周知の通り、パイロット符号４０は長いほど無作為性特性が向上し周波数応答がより均一になる。また、長いパイロット符号４０はチャンネル相互相関を低下させ、より多数の加入者ユニット１６をより低い相互干渉でサポートしてシステム１０の通信容量を増大させる。さらに、長いパイロット符号４０の使用によってより多数のランダム短符号をサポートできる。同期のために、パイロット符号４０の同期をシステム１０で用いた他の拡散符号全部の同期と同じにする。したがって、加入者ユニット１６がパイロット符号４０をいったん捕捉すると、基地局１４からのそれ以外の信号全部に同期する。

遊休期間中において呼が進行中でも未決状態でもない場合は、加入者ユニット１６はパイロット符号４０の周期的な再捕捉によって基地局１４に同期した状態を維持する。加入者ユニット１６がダウンリンク送信、とくに入来呼を表す呼出しメッセージを受信し復調するにはこれが必要である。

通信リンクを要求する場合は、基地局１４は加入者ユニット１６からの信号をまず捕捉しなければデータ復調ができない。加入者ユニット１６は、双方向通信リンクの設定の開始のためには、基地局１４に捕捉させるアップリンク信号を送信しなければならない。この手順における重要なパラメータは加入者ユニット１６の送信電力レベルである。高すぎる送信電力レベルはサービスエリア全体における通信を阻害する可能性があり、一方、低すぎる送信電力レベルは基地局１４による上記アップリンク信号の検出を不可能にする。

この発明の第１の実施例では、加入者ユニット１６は所要送信電力レベル以下であることを保証された送信電力レベルで送信を開始し、正しい電力レベルに到達するまでその送信電力を増大させる。これによって強い干渉の急激な発生を回避でき、それだけシステム１０の通信容量は改善される。

この発明による通信チャンネルの設定、並びに基地局１４および加入者ユニット１６の行うタスクを図４に示す。基地局１４の稼動範囲の中には多数の加入者ユニット１６を配置できるが、この明細書では発明の動作の説明の単純化のために単一の加入者ユニット１６について述べる。

基地局１４は、その稼動範囲の中に位置する加入者ユニット１６全部に周期的パイロット符号４０を連続的に送信して動作開始する（ステップ１００）。基地局１４はパイロット符号４０を送信する一方（ステップ１００）、加入者ユニットからの「アクセス符号」４２をサーチする（ステップ１０１）。アクセス符号４２は、通信開始および送信電力立上げの期間に加入者ユニット１６から基地局１４に送信される既知の拡散符号である。基地局１４は、正しい位相の検出のために加入者ユニット１６からのアクセス符号４２のとり得る位相（時間シフト）全部をサーチしなければならない。これは「捕捉」または「検出」プロセス（ステップ１０１）と呼ばれる。アクセス符号４２が長いほど、基地局１４による位相サーチおよび正しい位置の捕捉の所要時間が長くなる。

上述のとおり、基地局１４からの送信信号と基地局１４における帰還受信信号との間の相対遅延は往復伝搬遅延２Δｔに対応する。最大遅延は、セル境界として知られる基地局１４の最大稼動距離で生じる。したがって、基地局１４は、最大往復伝搬遅延中にある最大の符号位相数までサーチしなければならず、これは通常、１つの符号期間中にある符号位相より少ない。

データ速度Rbおよび拡散符号速度Rcに対して、比Ｌ＝Rc／Rbを拡散率または処理利得と呼ぶ。この発明の好適な実施例においては、セル境界半径は30kmであり、これは処理利得によって最大往復伝搬遅延内の約1000乃至2500個の符号位相に対応する。

基地局１４が最大往復伝搬遅延対応の符号位相をサーチし終えるまでにアクセス符号を検出できなかった場合は、零遅延対応のパイロット符号４０の位相から開始するサーチを繰り返す（ステップ１０２）。

遊休期間中には基地局１４からのパイロット符号４０を加入者ユニット１６が受信して加入者ユニット送信拡散符号発生器をそれに周期的に同期させる（ステップ１０３）。パイロット符号４０との同期が外れた場合は、加入者ユニット１６はパイロット符号を再捕捉して再同期する（ステップ１０４）。

通信リンクを始める必要がある場合は、加入者ユニット１６がアクセス符号４２を基地局１４に返送し始める（ステップ１０６）。加入者ユニット１６がアクセス符号４２の再送信を行いながら送信電力を連続的に増加させ、基地局１４から確認信号を受信するまでその連続的増加を維持する（ステップ１０８）。基地局１４は、受信用最小電力レベルに到達するとアクセス符号４２を正しい位相で検出する（ステップ１１０）。次に、基地局１４はアクセス符号検出確認信号を加入者ユニット１６に送信する（ステップ１１２）。この確認信号を受信すると、加入者ユニット１６は送信電力増加を停止する（ステップ１１４）。送信電力立上げが完結すると、双方向通信リンク設定のために閉ループ送信電力制御および呼設定シグナリングが行われる（ステップ１１６）。

この実施例は加入者ユニット１６の送信電力を制限するが、基地局１４による加入者ユニット捕捉をこのように行うと、加入者ユニット１６から不要な送信電力オーバーシュートが生じ、システム１０の性能が低下する。

加入者ユニット１６の送信出力電力変化を図５に示す。時点ｔ_０において、加入者ユニット１６は開始時送信電力レベルＰ_０、すなわち基地局１４における検出に必要な送信電力レベル以下であることを保証された電力レベルＰ_０で送信を開始する。加入者ユニット１６は基地局１４から検出表示を受信するまで送信電力レベルを上げ続ける。基地局１４が加入者ユニット１６からのアクセス符号４２を正しく検出するには、そのアクセス符号４２は、(1)十分な電力レベルで受信され、(2)正しい位相で検出されなければならない。したがって、図５においては、アクセス符号４２は時点ｔ_ｐで基地局１４による検出に十分な送信電力レベルになるが、基地局１４は時点ｔ_Ａで生ずるアクセス符号４２の正しい位相のサーチを続けなければならない。

加入者ユニット１６は基地局１４から検出表示を受信するまで送信出力電力レベルを上げ続けるので、アクセス符号４２の送信電力は基地局１４による検出に必要な送信電力レベルを超える。その結果、上記以外の加入者ユニット１６全部に不必要な干渉を生ずる。この送信電力オーバーシュートが大きすぎると、それら加入者ユニット１６への干渉がそれら加入者ユニット１６において進行中の通話を中断させるほどに悪化する。

送信電力オーバーシュートを避けるために加入者ユニット１６の送信電力増大の速さを下げることはできるが、そうすると呼設定所要時間が長くなる。適応型立上げ速度の利用が可能であることは当業者に明らかであるが、それら速度にも短所があり、あらゆる場合における送信電力オーバーシュートを認識可能な程度に解消するには至らない。

この発明の好適な実施例は「短符号」および二段階通信リンク設定手順を利用して送信電力オーバーシュートを大きくすることなく送信電力高速立上げを達成する。加入者ユニット１６の送信する拡散符号は拡散符号の残余の部分よりもずっと短く（したがって短符号という用語）位相数も限られ基地局１４による符号サーチも急速にできる。この目的に使う短符号はデータを搬送しない。

この発明の好適な実施例により短符号を利用して通信チャンネルを設定するための基地局１４および加入者ユニット１６のタスクを図６Ａおよび図６Ｂに示す。遊休期間中は基地局１４はその局１４の稼動範囲内の加入者ユニット１６全部にパイロット符号を周期的に継続して送信する（ステップ１５０）。基地局１４は加入者ユニット１６の送信した短符号の継続的サーチも行う（ステップ１５２）。加入者ユニット１６はパイロット符号を捕捉して、自局の送信拡散符号発生器をそのパイロット符号に同期させる。加入者ユニット１６は同期状態確認のために周期的チェックも行う。同期が外れると、加入者ユニット１６は基地局からのパイロット信号を再捕捉する（ステップ１５６）。

通信リンクを必要とする場合は、加入者ユニット１６は最小送信電力レベル Ｐ_０で短符号の送信を開始し（ステップ１５８）、その短符号の再送信のあいだ送信電力レベルを基地局１４から短符号受信確認を受けるまで上げ続ける（ステップ１６０）。

好適な実施例におけるアクセス符号は上述のとおり長さ約３千万チップである。しかし、上記の短符号はずっと小さい。短符号の長さは、高速検出を可能にするのに十分に短い任意の値を選ぶことができる。アクセス符号周期を均等に分割する短符号長を選ぶと好都合である。この明細書で述べるアクセス符号に対しては、短符号長を32チップ、64チップまたは128チップにするのが好都合である。あとで詳述するとおり、短符号を１シンボル長程度に短くすることもできる。

短符号の開始とアクセス符号の開始とは同期しているので、基地局１４はいったん短符号を捕捉すると、アクセス符号の対応位相は短符号の長さがＮのとき短符号位相からＮチップの整数倍であることがわかる。したがって、基地局１４は最大往復伝搬遅延対応の可能性ある全位相をサーチする必要はない。

短符号を用いると、基地局１４に検出されるべき正しい位相はより頻繁に生ずる。受信可能な最小送信電力が達成されると、短符号は急速に検出され（ステップ１６２）、送信電力オーバーシュートは限られる。送信電力オーバーシュートを大きくする懸念なしに送信電力立上げ速度を大幅に上げることができる。この発明の好適な実施例では、短符号利用時の送信電力立上げ速度は１ミリ秒あたり１dBである。

基地局１４は次に短符号検出表示信号を加入者ユニット１６に送り（ステップ１６４）、その表示信号を受けると加入者ユニット１６は送信電力立上げの第２段階に入る。加入者ユニット１６はこの段階では短符号の送信を停止し（ステップ１６６）、周期的アクセス符号を連続的に送信し始める（ステップ１６６）。加入者ユニット１６はアクセス符号の送信を続けながら送信電力立上げを続けるが、この段階では送信電力増加速度は短符号使用時の先行の送信電力増加速度よりもずっと低い（ステップ１６８）。アクセス符号使用時の送信電力増加速度は１ミリ秒あたり0.05dBにするのが好ましい。低速増加はチャンネル伝搬特性の小変動による基地局１４とのあいだの同期外れを防ぐ。

この時点では基地局１４は正しい位相および送信電力レベルで短符号を検出ずみである（ステップ１６２）。この段階で基地局１４はアクセス符号、すなわちそれ以外の拡散符号と同じ長さで短縮符号よりはずっと長いアクセス符号に同期することになる。短符号を用いると、基地局１４はアクセス符号の正しい位相をより急速に検出できる。基地局１４はアクセス符号の正しい位相のサーチを開始する（ステップ１７０）。しかし、アクセス符号の始まりは短符号の始まりと同期しているので、基地局１４はＮ＝短符号の長さとしたときＮチップずつサーチするだけでよい。要するに、基地局１４による正しい位相および送信電力レベルのアクセス符号の急速捕捉は、(1)短符号を検出し、(2)その短符号の始点からアクセス符号Ｎチップずつサーチしてアクセス符号の正しい位相を算定することによって行われる。

最大往復伝搬遅延時間内の位相数のサーチののちアクセス符号が検出されなかった場合は、基地局１４はＮチップずつではなく１チップずつサーチしてアクセス符号のサーチを再開する（ステップ１７２）。アクセス符号の正しい位相が検出された場合は（ステップ１７４）、基地局１４はアクセス符号検出確認信号を加入者ユニット１６に送り（ステップ１７６）、この確認信号を受けると加入者ユニット１６は送信電力増大を停止する。送信電力立上げが完了すると、送信電力の閉ループ制御および呼設定シグナリングが行われて双方向通信リンクが形成される。

図７においては、開始時送信電力レベルＰ_０は前述の実施例と同じであるが、加入者ユニット１６は短符号利用により送信電力レベルの立上げをより高速に行っている。短符号は送信電力レベルが最小検出レベルを超えたのち急速に検出され、それによって送信電力オーバーシュートを最小に抑えている。

同じ短符号を加入者ユニット１６で再使用できるが、この発明の好適な実施例では次の手順により短符号を動的に選択し交信する。図８を参照すると、短符号の周期は１シンボル長に等しく、各周期の始点はシンボル境界と一致させてある。短符号は一定長の拡散符号から発生する。拡散符号の始点からのシンボル長部分を記憶して、次の３ミリ秒にわたり短符号として用いる。各３ミリ秒ごとに拡散符号の新たなシンボル長部分が先行短符号と置換される。拡散符号周期は３ミリ秒の整数倍であるから、同じ短符号を拡散符号周期の一つごとに繰り返す。短符号を周期的に更新することによって、短符号による干渉をスペクトラム全体にわたって平均化する。

基地局１４のブロック図を図９に示す。簡単に述べると、基地局１４は受信機部分５０、送信機部分５２およびダイプレクサ部分５４を備える。RF受信機５６はダイプレクサ５４からのRF信号を受信してダウンコンバートする。受信拡散符号発生器５８はデータ受信機６０および符号検出器６２の両方に拡散符号を出力する。データ受信機６０では拡散符号をベースバンド信号と相関処理してデータ信号を抽出し以後の信号処理のために送出する。受信したベースバンド信号は符号検出器６２、すなわち加入者ユニット１６からのアクセス符号または短符号を検出して拡散符号発生器５８のタイミングを通信チャンネル１８の形成のために調節する。

基地局１４の送信機部分５２においては、送信拡散符号発生器６４は拡散符号をデータ送信機６６およびパイロット符号送信機６８にも出力する。パイロット符号送信機６８は周期的パイロット符号を連続的に送信する。データ送信機６６は、符号検出器６２による短符号またはアクセス符号検出ののち、短符号検出表示信号およびアクセス符号検出確認信号をそれぞれ送信する。データ送信機は上記以外のメッセージおよびデータ信号も送る。データ送信機６６およびパイロット符号送信機６８からの信号は合成して、加入者ユニット１６への送信のためにRF送信機７０でアップコンバートする。

加入者ユニット１６のブロック図を図１０に示す。簡単にいうと、加入者ユニット１６は受信部７２、送信部７４およびダイプレクサ８４を備える。RF受信機７６はダイプレクサ８４からのRF信号を受けてダウンコンバートする。パイロット符号検出器８０は拡散符号とベースバンド信号との間の相関をとり基地局１６からのパイロット符号を捕捉する。このようにして、パイロット符号検出器８０はパイロット符号との同期を維持する。受信機拡散符号発生器８２は拡散符号を発生してデータ受信機７８およびパイロット符号検出器１８にそれを出力する。データ受信機７８は拡散符号とベースバンド信号との間の相関をとり基地局からの短符号検出表示およびアクセス符号検出確認を処理する。

送信部７４は拡散符号発生器８６、すなわち拡散符号を発生しデータ送信機８８並びに短符号およびアクセス符号送信機９０に出力する。短符号およびアクセス符号送信機９０は上述の送信電力立上げ手順の互いに異なる段階でこれらの符号を送信する。データ送信機８８並びに短符号およびアクセス符号送信機９０の出力した信号は合成されて、基地局１４への送信のためにRF送信機９２でアップコンバートされる。受信機拡散符号発生器８２のタイミングは捕捉プロセスを通じてパイロット符号検出器８０で調節する。受信機拡散符号発生器８２および送信機拡散符号発生器８６も同期する。

この発明の実施例による上述の送信電力立上げの概要を図１１Ａおよび図１１Ｂに要約する。基地局１４は短符号をサーチしながらパイロット符号を送信する（ステップ２００）。加入者ユニット１６は基地局１４からのパイロット符号を捕捉し（ステップ２０２）、所要送信電力レベル以下であることを保証ずみの最小送信電力レベルＰ_０で短符号送信を開始し、送信電力を急速に上げる（ステップ２０４）。基地局１４における受信電力レベルが短符号検出に必要な最小レベルに達すると（ステップ２０６）、基地局１４はその短符号の正しい位相を捕捉し、その短符号の検出を表示する信号を送信し、アクセス符号のサーチを開始する（ステップ２０８）。加入者ユニット１６はこの短符号検出表示を受信すると短符号送信を停止してアクセス符号送信を開始する。加入者ユニット１６はアクセス符号を送りながら送信電力の低速立上げを開始する（ステップ２１０）。基地局１４は上記アクセス符号の各短符号長部分の中の一つの位相だけをサーチすることによってアクセス符号の正しい位相をサーチする（ステップ２１２）。基地局１４がアクセス符号の位相のサーチを最大往復伝搬遅延まで進めても正しい位相を検出できない場合は、各位相ごとのサーチを繰り返す（ステップ２１４）。基地局１４はアクセス符号の正しい位相を検出すると受信確認信号を加入者ユニット１６に送る（ステップ２１６）。その受信確認信号を加入者ユニット１６が受けると送信電力立上げプロセスが完結する。すなわち、閉ループ送信電力制御が形成され、加入者ユニット１６は関連の呼設定メッセージの送出により呼設定プロセスを続ける（ステップ２１８）。

通信リンク再形成におけるこの発明の代替的実施例を図１２を参照して説明する。基地局３１４と複数の加入者ユニット３１６との間の通信チャンネル３１８の設定におけるいくつかの信号の伝搬を図示してある。順方向パイロット信号３２０は基地局１４から時点ｔ_０で送信され、伝搬遅延Δｔののちに加入者ユニット３１６で受信される。基地局３１４で捕捉されるようにするために、加入者ユニット３１６はアクセス信号３２２を送信し、その信号は伝搬遅延Δｔだけさらに遅れて基地局３１４に受信される。したがって、往復伝搬遅延は２Δtである。アクセス信号３２２は順方向パイロット信号３２０と同期した形で送信され、したがって、送信時のアクセス信号３２２の符号位相は受信順方向パイロット信号３２０の符号位相と等しくなる。

上記往復伝搬遅延は基地局３１４に対する加入者局３１６の位置に依存する。基地局３１４とその基地局により近い位置にある加入者ユニット３１６との間の通信信号の伝搬遅延はより遠い位置にある加入者ユニット３１６との間の通信信号の伝搬遅延よりも短い。基地局３１４はセル３３０内の任意の位置にある加入者ユニット３１６を捕捉できる必要があるので、基地局３１４はセル３３０の伝搬遅延の任意の値に対応するアクセス信号全位相をサーチしなければならない。

図１３を参照すると、基地局３１４による加入者ユニット３１６の初期捕捉に関連するタスクが示してある。通信チャンネル設定の相手にしたことのない基地局１４とチャンネル３１８を設定しようとする時点では、加入者ユニット３１６には往復伝搬遅延はわからない。したがって、加入者ユニット３１６は初期捕捉チャンネル設定プロセスに入る。

加入者ユニット３１６は低初期電力レベルおよび零符号位相遅延を選択し（送信アクセス信号３２２の符号位相を受信順方向パイロット信号３２０に同期させる）、送信電力を徐々に上げながら（0.05−0.1dB／ミリ秒）アクセス信号３２２の送信を開始する（ステップ４００）。加入者ユニット３１６は基地局３１４からの確認信号の待ち受けの間符号位相遅延を零からセル３３０の周縁対応の遅延（最大符号位相遅延）まで所定の刻みで階段状に変動させ、それら階段状の刻み相互間の時間を基地局３１４がアクセス信号３２２を検出するのに十分な長さとする（ステップ４０２）。加入者ユニット３１６は、セル３３０の周縁対応の符号位相遅延に達すると、低速送信電力立上げを続けながら符号位相遅延変動プロセスを繰り返す（ステップ４０２）。

アクセス要求中の加入者ユニット３１６を捕捉するために基地局３１４は順方向パイロット信号３２０を続けて送信し、加入者ユニット３１６からのアクセス信号３２２の検出を試みる（ステップ４０４）。従来技術の場合のようにセル３３０内の符号遅延全部でアクセス信号３２２を試験する代わりに、基地局１４はセル３３０の周縁近傍の符号遅延だけを試験すればよい。

基地局３１４は、加入者ユニット３１６がセル３３０周縁に位置した場合に対応する符号位相遅れで十分な送信電力の送信を始めるとアクセス信号３２２を検出し（ステップ４０６）、それによって加入者ユニット３１６をセル３３０の周縁で「仮想的に」位置設定する。次に、基地局３１４はアクセス信号３２２の受信を確認する信号を加入者ユニット３１６に送信し（ステップ４０８）、チャンネル設定プロセスを続ける（ステップ４１０）。

加入者ユニット３１６は、その確認信号を受けると（ステップ４１２）、送信電力上昇を停止し、符号位相遅延の変動を停止し（ステップ４１４）、後続の捕捉動作に備えて符号位相遅延の値を記録する（ステップ４１６）。加入者ユニット３１６はさらに閉ループ送信電力制御などのチャンネル設定プロセスを継続する（ステップ４１８）。

加入者ユニット３１６が基地局３１４との間のチャンネル３１８の形成を求める再捕捉の場合は、その加入者ユニット３１６は図１４に示す再捕捉チャンネル設定プロセスに入る。すなわち、加入者ユニット３１６は初期捕捉プロセス（図１３に示す）の間に記録した符号位相遅れおよび低い初期送信電力レベルを選択し、立上げ送信電力を急速に増大させながら（１dB／ミリ秒）アクセス信号３２２の連続的送信を開始する（ステップ４２０）。加入者ユニット３１６は基地局３１４からの確認信号を待ち受ける間にアクセス信号３２２の符号位相遅延を記録ずみの符号位相遅延を中心として僅かに変動させ、遅延変化の前にアクセス信号３２２を基地局３１４が検出するのに十分な時間を与える（ステップ４２２）。図１３に示した基地局３１４は順方向パイロット信号３２０を送信し、その稼動範囲内の加入者ユニット３１６の捕捉試行においてセル３３０の周縁における符号位相遅延だけを試験する（ステップ４２４）。基地局３１４は、加入者ユニット３１６からセル３３０周辺位置対応の符号位相遅延で十分な送信電力で出力されるとアクセス信号３２２を検出する（ステップ４２６）。次に、基地局３１４はアクセス信号受信を確認する信号を加入者ユニット３１６に送信し（ステップ４２８）、チャンネル設定プロセスを続ける（ステップ４３０）。

加入者ユニット３１６は上記確認信号を受けると（ステップ４３２）送信電力増大を停止し符号位相遅延を停止し（ステップ４３４）、後続の再捕捉に備えて符号位相遅延の現在値を記録する（ステップ４３６）。この符号位相遅延は再捕捉プロセス開始時に当初用いた符号位相遅延とは僅かに異なる（ステップ４２２）。次に加入者ユニット３１６はそのままの送信電力レベルでチャンネル設定プロセスを続ける（ステップ４３８）。加入者ユニット３１６が所定時間後までに確認信号を受信しなかった場合は、その加入者ユニット３１６は図１３の初期捕捉プロセスに戻る。

基地局３１４と加入者ユニット３１６との間のTx通信およびRx通信に符号位相遅延を導入した効果を図１５Ａおよび図１５Ｂを参照して次に説明する。図１５Ａを参照すると、基地局４６０は二つの加入者ユニット４６２、４６４と通信している。第１の加入者ユニット４６２は基地局４６０から30kmの最大稼動距離に位置する。第２の加入者ユニット４６４は基地局４６０から15kmの距離に位置する。第１の加入者ユニット４６２と基地局４６０との間のTx通信およびRx通信の伝搬遅延は第２の加入者ユニット４６４と基地局４６０との間のそれら通信の伝搬遅延の２倍になる。

図１５Ｂを参照すると、第２の加入者ユニット４６４のTxPN発生器に追加の遅延値４６６を導入したのちは、第１の加入者ユニット４６２と基地局４６０との間の通信の伝搬遅延は第２の加入者ユニット４６４と基地局４６０との間の通信の伝搬遅延と同じになる。基地局４６０から見ると、第２の加入者ユニット４６４は仮想距離４６４’に位置するように見える。

図１６を参照すると、複数の加入者ユニットＳ１−Ｓ７を仮想距離４７５の位置Ｓ１’−Ｓ７’に仮想的に再配置した場合は、基地局Ｂは仮想距離４７５を中心とする符号位相遅延を試験するだけでよいことが理解されよう。

この発明を用いると、十分な送信出力レベルを設定ずみの加入者ユニット３１６を基地局３１４は約２ミリ秒内に捕捉する。捕捉時間が短くなるので、加入者ユニット３１６は、所望送信電力レベルの大幅なオーバーシュートなしに、より高速度で（１dB／ミリ秒のオーダーで）送信電力を立上げ可能になる。送信電力バックオフを同じく20dBとすると、基地局３１４による検出に十分な送信電力に加入者ユニットが達するのに約20ミリ秒を要する。したがって、この発明の再捕捉プロセスの全体の継続時間は約22ミリ秒であり、従来の再捕捉手法に比べて著しい短縮になる。

この発明のこの実施例の加入者ユニット５００を図１７に示す。加入者ユニット５００は受信部５０２および送信部５０４を含む。アンテナ５０６は基地局３１４からの信号を受け、その信号を帯域幅がチップ速度の２倍に等しく中心周波数が拡散スペクトラムシステムの帯域幅の中心周波数に等しい帯域フィルタ５０８で濾波する。フィルタ５０８の出力を固定周波数（Fc）の局部発振器によりミキサ５１０でベースバンド信号にダウンコンバートする。次にミキサ５１０の出力を、RxPN発生器５１４内のミキサ５１０へのPN系列の印加により、拡散スペクトラム復号化する。ミキサ５１２の出力をPCMデータ速度（Fb）に等しい遮断周波数の低域フィルタ５１６に加える。フィルタ５１６の出力をユーザ５２０とのインタフェースを形成する符復号器（コーデック）５１８に入力する。

ユーザ５２０からのベースバンド信号をコーデック５１８でパルス符号変調する。この変調には毎秒３２キロビットの適応型パルス符号変調（ADPCM）を用いるのが好ましい。このPCM信号をTxPN発生器５２４内のミキサ５２２に供給する。ミキサ５２２はPCMデータ信号を上記PN系列を乗算する。ミキサ５２２の出力はシステムチップ速度と等しい遮断周波数の低域フィルタ５２６に加える。次にフィルタ５２６の出力をミキサ５２８に加え、他方の端子に加えられた搬送波周波数Fcで定まる周波数に適宜アップコンバートする。アップコンバートずみの信号を帯域フィルタ５３０経由で広帯域RF増幅器５３２に供給し、その出力をアンテナ５３４に導く。

マイクロプロセッサ５３６は上述の捕捉プロセスだけでなくRxPN発生器５１４およびTxPN発生器５２４をも制御する。マイクロプロセッサ５３６は、順方向パイロット信号３２０の捕捉および基地局３１４による加入者ユニット５００の捕捉のためにRxPN発生器５１４およびTxPN発生器５２４に加えられる符号位相遅延を制御し、それらPN発生器相互間の符号位相差を記録する。その記録された遅延をマイクロプロセッサ５３６は再捕捉のためにTxPN発生器５２４に加える。

基地局３１４は加入者ユニット５００からのPN符号化を受けた信号を検出するために加入者ユニット３１６と同様の構成を用いる。基地局３１４内のマイクロプロセッサ（図示してない）は、RxPN発生器・TxPN発生器間符号位相差を加入者ユニット３１６の上記仮想位置の往復伝搬遅延と等価にするように上記と同様にRxPN発生器を制御する。基地局３１４が加入者ユニット３１６からのアクセス信号３２２をいったん捕捉すると、その加入者ユニット３１６から基地局３１４へのそれ以外の信号全部（トラフィック、パイロットなど）が捕捉プロセス期間中に算定された同一の符号位相を用いる。

上の説明では加入者ユニット３１６の仮想位置をセル３３０の周縁にあるものとしたが、この仮想位置は基地局３１４から任意の固定位置にすることができる。

図１８を参照すると、「捕捉皆無」の加入者ユニット３１６をこの発明のもう一つの実施例により基地局３１４で初期捕捉することに関連するタスクを示してある。加入者ユニット３１６は、チャンネル３１８の設定を要する場合は、同期ずみのアクセス信号３２２を基地局３１４に連続的に送信する（ステップ６００）。加入者ユニット３１６は基地局３１４からの確認信号の受信を待ち受ける間アクセス信号３２２の送信を続けながら送信電力を上げ続ける（ステップ６０２）。

捕捉されたことのない加入者ユニットを検出するために、基地局３１４は順方向パイロット信号３２０を送信し、セルの伝搬遅延の全範囲に対応する符号位相全部をサーチしてそのセルを掃引し（ステップ６０４）、検出に十分な送信電力に達したのちの加入者ユニット３１６からの同期ずみアクセス信号３２２を検出する（ステップ６０６）。基地局３１４はアクセス信号３２２の受信を確認する信号を加入者ユニット３１６に送信する（ステップ６０８）。加入者ユニット３１６はその確認信号を受信し（ステップ６１０）、送信電力増大を停止する（ステップ６１２）。

基地局３１４は、加入者ユニット３１６捕捉ののち、TxPN発生器５２４およびRxPN発生器５１４の間の差を認識してその加入者ユニット３１６の所要符号位相遅延を算定する（ステップ６１４）。その所要符号位相遅延をOA&Mメッセージとして加入者３１６に送り（ステップ６１６）、加入者３１６はその値を受信して再捕捉期間中における使用のために蓄積し（ステップ６１８）、チャンネル設定プロセスを続ける（ステップ６２２および６２４）。

図１９を参照すると、この発明による代替的高速捕捉方法が示してある。通信チャンネルを加入者ユニット３１６と基地局３１４との間で再設定する必要がある場合は、上述の好適な実施例の場合と同様に加入者ユニット３１６から所望の符号位相遅延でアクセス信号３２２を送信する。

同一の仮想距離にある加入者ユニット３１６はすべて以前に捕捉されたものであるから、基地局３１４はそれら加入者ユニット３１６のアクセス信号の捕捉のためにセル周縁の近傍の符号位置遅延だけをサーチすればよい（ステップ６３０）。すなわち、加入者ユニット３１６はより頻繁な捕捉機会を利用するために送信電力立上げを急速にできる。加入者ユニット３１６は上述の好適な実施例の場合と同様のやり方で遅延を実装化する。次に基地局３１４は加入者ユニット３１６をセル周縁で検出し（ステップ６３６）、その基地局に確認信号を送り（ステップ６３７）、必要に応じて所要符号遅延値を再計算する。この再計算（ステップ６３８）は伝搬経路変動、発振器ドリフト、その他の通信変数を補償する。加入者ユニット３１６は基地局３１６から上記確認信号を受ける（ステップ６３９）。

基地局３１４は所要符号位相遅延の更新値を加入者ユニット３１６に送り（ステップ６４０）、その加入者ユニットはその更新値を受けて蓄積する（ステップ６４２）。この加入者ユニット３１６と基地局３１４はチャンネル設定プロセスの信号授受をさらに続ける（ステップ６４４および６４６）。

上述の代替的実施例においては基地局が捕捉歴のある加入者ユニットの再捕捉のためのセル周縁近傍の符号位相遅延と捕捉歴のない加入者ユニットの捕捉のためのセル全体の符号位相遅延との両方をサーチする必要がある。

図２０を参照すると、捕捉歴のない加入者ユニット３１６をこの発明の第２の代替的実施例により基地局３１４で初期捕捉することに関連するタスクを示してある。図１８の実施例においては、捕捉前歴のない加入者ユニット３１６の捕捉の際にアクセス信号３２０は順方向パイロット信号３２０に同期した状態に留まる。この実施例においては、基地局３１４および加入者ユニット３１６はアクセス信号３２２の符号位相同期を同期状態から遅延状態（符号同期遅延だけ）に変更して、加入者ユニット３１６がセルの周縁に現れるようにする。この変更は指定された時間に行う。

ステップ７００乃至７１８は図１８の対応ステップ６００乃至６１８とそれぞれ同じである。しかし、基地局３１４が加入者ユニット３１６に所望の遅延値を送ったあと（ステップ７１６）、基地局３１４は、順方向パイロット信号３２０のサブエポックを基準とする時点で、所望の遅延値に切り換えるようにメッセージを送る（ステップ７２０）。加入者ユニット３１６はこのメッセージを受け（ステップ７２２）、基地局３１４も加入者ユニット３１６も切換時間に達するまで待ち受ける（ステップ７２４、７３０）。その時点で基地局３１４は所望の遅延値を自局のRxPN発生器に加え（ステップ７３２）、加入者ユニット３１６は同じ所望の遅延値を自局のTxPN発生器に加える（ステップ７２６）。次に加入者ユニット３１６および基地局３１４はチャンネル設定プロセスのための信号授受を行う（ステップ７２８、７３４）。

好適な実施例を詳細に参照してこの発明を上に述べてきたが、詳細な点は説明のためのものであって限定を意図するものではない。この明細書に述べ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改変が可能であることは当業者に認識されるであろう。

無線CDMA通信システムの無線回線利用効率の改善、システム容量の増大に利用できる。

１０ 通信網
１４ 基地局
１６ 加入者ユニット
１８ 双方向通信チャンネル（リンク）
４０ パイロット符号
４２ 加入者ユニットからのアクセス符号

Claims (3)

1. 無線ネットワークにおける使用のための加入者ユニットであって、
   前記加入者ユニットが前記無線ネットワークに最初にアクセスすることを試みるとき、第１のセットの送信ビットを送信するように構成された送信機と、
   前記第１のセットの送信ビットが検出されたことを示す第１の指示を受信するように構成された受信機とを備え、
   前記送信機は、前記受信した第１の指示に応答して、第２のセットの送信ビットを送信するようにさら構成され、
   前記送信機は、前記第１の指示を受信しないことに応答して、第３のセットの送信ビットを送信するようにさらに構成され、前記第３のセットの送信ビットは、前記第１のセットの送信ビットと異なり、
   前記送信機は、前記第２のセットの送信ビットを送信することの後に、第４のセットの送信ビットを送信するようにさらに構成され、
   前記加入者ユニットは、前記第４の送信ビットに関して閉ループ電力制御を容易にするようにさらに構成されたことを特徴とする加入者ユニット。
2. 請求項１に記載の加入者ユニットであって、前記受信機は、前記第２のセットの送信ビットが受信されたことを示す第２の指示を受信するようにさらに構成され、前記送信機は、前記第２の指示が前記受信機によって受信されるという条件で前記第４のセットの送信ビットを送信することを特徴とする加入者ユニット。
3. 請求項１に記載の加入者ユニットであって、前記第１のセット、第２のセットおよび第３のセットの送信ビットは、閉ループ電力制御されないことを特徴とする加入者ユニット。

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