JP3563302B2 - パケット交換通信システムおよびパケット交換通信する方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムに関し、特に、広帯域符号分割多元接続（Ｗ−ＣＤＭＡ）通信における高速閉ループパワー制御（ｆａｓｔ ｃｌｏｓｅｄ ｌｏｏｐ ｐｏｗｅｒ ｃｏｎｔｒｏｌ）の方法およびシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＣＤＭＡシステムにおけるユーザトラフィックは伝統的に、回路によりスイッチングされ、呼がセットアップされると、サービス要求の継続時間にわたって接続が維持されていた。アップリンクとダウンリンク両方に対して各アクティブユーザに専用トラフィックチャネル（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｔｒａｆｆｉｃ Ｃｈａｎｎｅｌ：ＤＴＣＨ）が割り当てられ、各ＤＴＣＨはユニークな拡散符号によって特徴づけられている。全体のセッションにわたって、ＤＴＣＨはアクティブユーザにより排他的に用いられる。
【０００３】
この回路によりスイッチングされる方法は堅牢であり、マクロダイバーシチ（ソフトハンドオーバ）パワー制御をサポートすることにより高いシステムキャパシティを発揮している。広帯域マルチサービスＣＤＭＡシステムにおいて、非常にバースト的なトラフィックはデータレート、従って、拡散ファクタおよび拡散符号を調整することによりサポートされる必要がある。しかし、この拡散符号を迅速に調整する必要性は非常に複雑な符号割り当てアルゴリズムを必要とさせてしまう。
【０００４】
バースト的サービスに対処する別の一般的な方法として、パケットスイッチされたデータを用いるものがある。ＥＴＳＩ ＵＭＴＳ Ｗ−ＣＤＭＡおよびＡＲＩＢ Ｗ−ＣＤＭＡは、頻繁ではないバースト的パケットデータ（ｉｎｆｒｅｑｕｅｎｔ ｂｕｒｓｔｙ ｐａｃｋｅｔ ｃａｔａ）を送信するのにランダムアクセスチャネル（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ：ＲＡＣＨ）およびフォワードアクセスチャネル（Ｆｏｒｗａｒｄ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｈａｎｎｅｌ：ＦＡＣＨ）を用いることを提案している。このような方式の利点は、セットアップ時間が迅速であることである。なぜなら、専用チャネルを必要としないからである。しかし、この伝送メカニズムはオープンループパワー制御のみを用い、マクロダイバーシチはサポートしない。
【０００５】
欧州特許出願ＥＰ９８３０３３２７．５号明細書（題：”Ｔｉｍｅ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ａｃｃｅｓｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ”）において、多くのバースト的パケットデータのユーザを同じダウンリンクのＤＴＣＨ上へと多重化することが記載されている。この多重化方式は上述の方式の多くの利点を組み合わせている。すなわち、複雑さが低い符号割り当て、マクロダイバーシチ、ソフトハンドオーバ、低い制御オーバーヘッドのような利点を組み合わせている。また、この方式は制限された閉ループパワー制御を提供する。
【０００６】
高速閉ループパワー制御を達成できる度合いは、無線フレーム構成に依存する。なぜなら、無線フレームにおいてユーザに割り当てられるスロットが増えると、閉パワー制御がより改善するからである。しかし、最悪の場合、すなわち、１フレームにおいてユーザに割り当てられたのが１スロットのみである場合、閉ループパワーは弱まり、従って相当なパフォーマンスヒットが存在してしまう。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
従って、パケットデータの伝送性能を維持するために高速閉ループパワー制御の必要性がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１原理に従うと、局が少なくとも１つのユーザと通信するダウンリンク通信チャネルからなるパケットスイッチト通信システムが提供され、このダウンリンク通信チャネルは、複数のフレームへと分割される。各フレームは複数のデータパケットを備え、各データパケットは、所定のユーザに送られ、そのユーザの伝送パワー制御情報を備える。そして、各フレームにおける少なくとも１のデータパケットがこの通信システムの少なくとも１の他のユーザの伝送パワー制御情報を備える。
【０００９】
このシステムは、ヌルユーザパケットを備えることができる。これは、この通信システムの少なくとも１のユーザの伝送パワー制御情報を備えるような所定のものとは相違する。すべてのフレームにおける少なくとも１のパケット（データまたはヌルユーザのいずれか）は、通信システムの少なくとも１の他のユーザの伝送パワー制御情報を備える。
【００１０】
本発明の第２原理に従うと、局と少なくとも１のユーザの間のパケット交換通信の方法であって、局が少なくとも１のユーザと上で通信するダウンリンク通信チャネルを提供するステップと、前記ダウンリンク通信チャネルをそれぞれが複数のデータパケットを備える複数のフレームへと分割するステップと、各データパケットを所定のユーザへと送るステップと、各データパケットにおいて前記ユーザの伝送パワー制御情報を含むステップとからなり、各フレームにおける少なくとも１のデータパケットが通信システムの少なくとも１の他のユーザの伝送パワー制御情報を備えることを特徴とする方法を提供する。
【００１１】
このシステムは、拡張伝送パワー制御（Ｅｘｔｅｎｄｅｄ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ：ＥＴＰＣ）フィールドを用いる。これは、このパケット交換通信システムの他のユーザのパケット伝送パワー制御情報を含む。これにより、非常に高速な閉ループパワー制御が可能となる。なぜなら、パワー制御情報が共有された単一の物理的専用トラフィックチャネル上のパケット伝送のために、すべてのフレームごとに１度、またパケットごとに１度更新されるからである。従って、相当にキャパシティを改善することができる。
【００１２】
従って、単一の物理的専用トラフィックチャネル（ＤＴＣＨ）上へと多くのバースト的パケットデータのユーザを多重化する方式が提供される。この方式は、バースト的パケットデータに対して符号当たり単一ユーザの仮想回路伝送方式およびランダムアクセスパケットの伝送方式の両方に対して利点を有する。本発明は、仮想回路伝送の多くの利点を維持しながら（例えば、ソフトハンドオーバ、ダイバシチゲイン、閉ループパワー制御）、直交拡散符号割り当てを単純化する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
初期化段階において、移動体局（ＭＳ）はスロットおよびフレーム同期を獲得し、符号グループ識別およびスクランブリング符号識別を行う。スクランブリング符号が識別された後、プライマリコモン制御物理チャネル（ＣＣＰＣＨ）が検出でき、システムおよびセルに特有なＢＣＣＨ情報が読まれることができる。ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）はＭＳに知らされる。
【００１４】
ＭＳによって開始されたバースト的パケットデータ伝送に対して、ＭＳはランダムアクセス要求手続きを行う。ＭＳからのランダムアクセス要求の成功した受け取りに基づいて、基地局（ＢＳ）は、ＭＳに対しパケットデータを送信すべきＤＴＣＨに関する情報を教える。
【００１５】
ＢＳが開始したバースト的パケットデータ伝送に対しては、ＢＳは単純にユーザをページングし、ＤＴＣＨに対しパケットデータが送られるべきＤＴＣＨを指示し、ＭＳはＤＴＣＨセットアップを確認（ＡＣＫ）する。これら両方の場合、ＭＳはＢＳによってそれらに割り当てられたＤＴＣＨフレームにおけるスロットの数に関することを知らされる。すなわち、各ＭＳはパケットを受け取るため、ＤＴＣＨフレームにおけるスロット（もしあれば）の位置を知る。
【００１６】
タウンリンクＤＴＣＨチャネルは、図１に示すように構成している。１つのＤＴＣＨフレームは１６スロットからなる。第１のスロット（ＵＰＦ）は、特定のユーザにアドレス指定されるパケットの位置を示すユーザパケットフラグ（ＵＰＦ：ＵＳＥＲ ＰＡＣＫＥＴ ＦＬＡＧ）を送信するのに用いられる。フレームにおける残りのスロットはユーザパケットを送信するのに用いられる。
【００１７】
制御情報（パイロット（ＰＩＬＯＴ）、送信パワー制御（ＴＰＣ）およびレート情報（ＲＩ））は専用物理制御チャネル（ＤＰＣＣＨ）上で送信され、データ情報は、専用物理データチャネル（ＤＰＤＣＨ）上で送信される。これらＤＰＣＣＨとＤＰＤＣＨは図１に示すように時間多重化される。各ユーザに割り当てられたＤＰＤＣＨがユーザパケットを搬送するが、ＵＰＦのＤＰＤＣＨは代わりにユーザパケットフラグ（ＵＰＦ）情報を搬送する。
【００１８】
ＤＴＣＨの一般的な構成として、図２に示すように、ユーザパケットによりすべてのフレームスロットが埋められるわけではないものが多い。１つのＤＴＣＨフレームが各ユーザからのすべてのアクティブパケットを収容することができない場合、２以上のＤＴＣＨフレームが用いられる。図３にこの場合を示した。ここで、この場合では１つのＤＴＣＨチャネル（複数のフレームであるが１つのみのコードチャネル）のみが用いられることに留意されたい。この方式は、サービス品質（ＱＯＳ）条件に従って遅延が許される場合に用いられる。
【００１９】
より高いビットレートの伝送をするため、図４に示した複数ＤＴＣＨをセットアップするのにマルチコード方式が用いられる。
【００２０】
ユーザパケットフラグ（ＵＰＦ）は、１５フィールドからなり、これらは１つのフレームにおけるユーザパケットに対して高々１５スロットに対応する。
ＵＰＦ＝［ＵＰＦ１，ＵＰＦ２，ＵＰＦ３，．．．．．，ＵＰＦ１５］
【００２１】
ＵＰＦの各フィールドは、スロットステータス（特定のユーザに対しパケットがあるかないか）を示す。
ＵＰＦｉ＝［ステータス］
ここで、

【００２２】
ＵＰＦは単に長さＬのビットシーケンスであり、通常、Ｌは１５＋１（第１ビット＝０を永続的に含む）に等しい。なぜなら、ＤＴＣＨからバーストパケットデータを受信するのに高々１５のユーザが割り当てられているからである。ＭＳがＵＰＦを受けとるとすぐ、ＭＳは、フレームにおいてパケットが含まれているかを識別することが可能となる。もし含まれていれば、ＭＳは受け取りを行うことができる。図５にはＵＰＦの例を示した。
【００２３】
このＵＰＦパターン（ＵＰＦ＝６Ａ９１Ｈ）は、次のユーザ（ＵＳＥＲ）がフレームにパケットを有することを示している。
ユーザ１、ユーザ２、ユーザ４、ユーザ６、ユーザ８、ユーザ１１、ユーザ１５
次のユーザは、フレームにパケットを有さない。
ユーザ３、ユーザ５、ユーザ７、ユーザ９、ユーザ１０、ユーザ１２、ユーザ１３、ユーザ１４
【００２４】
ＵＰＦ０は常に０にセットされることに留意されたい。堅牢さを増すため、繰り返しないし単純なエンコードを用い、図６に示すようにダイバシチゲインを得る。
【００２５】
制御情報（パイロット、ＴＰＣ、ＲＩ）がＤＴＣＨ上のすべてのスロットにて、空のスロット（そのスロットにデータパケットが埋められていないもの）にても送信される。従って、ソフトハンドオーバ機構、そして制限された閉ループパワー制御の機構が保持される。
【００２６】
アップリンク伝送は時間多重化されない。各ユーザはユニークな拡散符号を割り当てられ、従って符号多重化される。アップリンクにおける各ユーザに対して制御チャネルが連続的に送信されるので、基地局は受信したパワーを連続的にモニタリングすることが可能となる。しかし、ＢＴＳは、各ユーザに送ることができるパワー制御シンボルの数において制限される。実際に、ＢＴＳは、個々のユーザに関連するＴＰＣシンボルをそのユーザ（例えば、図７に示したユーザ１）に割り当てられたスロットの間に、送信するだけである。結果的に、そのユーザは、１フレームにおいて１スロットのみがユーザに割り当てられるような最悪の場合においてフレーム当たり１のＴＰＣシンボルしか受信しない。アップリンクパワー制御は、情報の品質においてのみ出なく、情報が送信される頻度においても制限される。
【００２７】
この方式は、ランダムアクセスチャネル（ＲＡＣＨ）およびコード当たり１ユーザの方式上での伝送の両方よりもバーストパケットデータに対して有利であるが、パワー制御情報がフレームごとに１回のみしか更新されない場合にはパワー制御が遅くなってしまう。
【００２８】
物理チャネルにおけるすべてのユーザに対しパワー制御情報を備えさせるためにＴＰＣフィールドを拡張することによって、すべてのＭＳユーザは、それらがダウンリンク伝送においてアイドル状態であった場合でも、すべてのスロットにおけるＴＰＣ情報を受け取ることができる。ＭＳユーザは従って、パワー割り当てにおける変化に応答して、それらのアップリンク伝送パワーを迅速に調整することができる。
【００２９】
例えば、１２８ｋｂｐｓのピークパケットデータ伝送レートでインターネットから画像をダウンロードすることを考えてみる。１つの無線フレームにおいて、０．６２５ｍｓのスロット内で、約６０ビットのペイロード＋８パイロットビット、および２のＴＰＣビット（１シンボル）がある。図８に示すように、ＴＰＣフィールドシンボルの数を１から物理チャネル上のユーザの数へと拡張することが適切である。
【００３０】
無線フレーム当たり８ユーザの例を用いたことに留意されたい。明らかに、フレーム当たりのユーザが少ないと、オーバヘッドが少なくなり、データ伝送の効率は上がる。他方、フレーム当たりのユーザが少ないと、符号利用度の効率は下がる。従って、フレーム上に多重化されるユーザの数と符号利用度の効率との間で明確なトレードオフが存在する。ＴＰＣシンボルのオーバヘッドが大きすぎれば（例えば、１符号チャネル上のユーザが多すぎれば）、別の符号チャネルを採用することを考えるべきである。
【００３１】
パワー制御機構によって、無線フレーム構成が図９、１０（例として８ユーザを用いている）に示される。図９において、ユーザ４パケットは、アップリンク伝送上のすべてのユーザに対するパワー制御情報を含む拡張ＴＰＣフィールドを備える。ユーザ４に加えて、各ユーザがこのフィールドを膨張し、それら自身のＴＰＣシンボルをピックアップする。ユーザパケットが送信されないアイドルスロットにおいても、パイロット信号と共に用いられる拡張ＴＰＣフィールドが送信される。各ユーザは、ユーザパケットフィールドがヌル（空）である場合であってもそれら自身のＴＰＣ情報をピックアップする。このことは図１０に示してある。
【００３２】
アップリンク伝送上に符号短縮問題（ｃｏｄｅ ｓｈｏｒｔａｇｅ ｐｒｏｂｌｅｍ）がないので、各パケットデータユーザが１つのＤＴＣＨを保持することと想定することができる。各時間スロットにおいて、ユーザパケットデータは特定のユーザのみを宛先とする。しかし、すべてのユーザがパイロットシンボルを用いる。従って、パイロットシンボルのダウンリンク伝送パワーは一定であってすべてのユーザが適切に受信するために十分に高くなければならない。各ユーザに対してデータ部分を調整することができる。各ユーザの連続的アップリンク制御チャネルは専用トラフィックチャネルに対して定められたすべてのダウンリンクパワー制御シンボルを含む。このようにして、図１に示すように、ダウンリンクがユーザデータのパワーレベルを適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術のダウンリンクＤＴＣＨチャネル構造。
【図２】別の従来技術のダウンリンクＤＴＣＨチャネル構造。
【図３】従来技術のダウンリンクＤＴＣＨチャネルシリアル伝送。
【図４】従来技術のダウンリンクＤＴＣＨチャネルパラレル伝送。
【図５】従来技術のＵＰＦ構造。
【図６】従来技術のＵＰＦパターンの繰り返し。
【図７】従来技術の伝送パワー制御シンボル。
【図８】本発明の伝送パワー制御メカニズム。
【図９】別の本発明の伝送パワー制御メカニズム。
【図１０】別の本発明の伝送パワー制御メカニズム。
【図１１】別の本発明の伝送パワー制御メカニズム。

Claims (5)

1. 局が複数のユーザの各々と通信するダウンリンク通信チャネルを備えるパケット交換通信システムであって、
   前記ダウンリンク通信チャネルは、複数のデータパケットをそれぞれ含む複数のフレームへと分けられており、
   各データパケットは、所定のユーザを宛先とし、そのユーザに対する伝送パワー制御情報を含んでおり、
   すべてのフレームにおける少なくとも１つのデータパケットは、前記パケット交換通信システムの他のユーザのうちの少なくとも１のユーザに対する伝送パワー制御情報を更に含むことを特徴とするパケット交換通信システム。
2. 前記フレームは、いずれの所定のユーザを宛先としないヌルユーザパケットを含み、前記ヌルユーザパケットは、前記パケット交換通信システムの少なくとも１つのユーザに対する伝送パワー制御情報を含むことを特徴とする請求項１記載のシステム。
3. すべてのフレームにおける少なくとも１つのパケット（データパケットもしくはヌルユーザパケット）は、前記パケット交換通信システムの少なくとも１つの他のユーザに対する伝送パワー制御情報を含むことを特徴とする請求項１または２記載のシステム。
4. 局と複数のユーザとの間でパケット交換通信をする方法であって、
   前記局が前記複数のユーザと通信するダウンリンク通信チャネルを用意するステップと、
   複数のデータパケットをそれぞれ含む複数のフレームへと前記ダウンリンク通信チャネルを分けるステップと、
   各データパケットに対し所定のユーザを宛先とするステップと、
   各データパケットにおいて、前記ユーザに対するデータパケット制御情報を含ませるステップとからなり、
   すべてのフレームにおける少なくとも１つのデータパケットは、前記パケット交換通信のシステムの他のユーザのうちの少なくとも１のユーザに対する伝送パワー制御情報を更に含むことを特徴とするパケット交換通信をする方法。
5. 局が複数のユーザの各々と通信するダウンリンク通信チャネルを備えるパケット交換通信システムであって、
   前記ダウンリンク通信チャネルは、複数のデータパケットをそれぞれ含む複数のフレームへと分けられており、
   各データパケットは、前記ユーザのうちの所定の１のユーザを宛先とし、そのユーザに対する伝送パワー制御情報を含んでおり、
   すべてのフレームにおける少なくとも１つのデータパケットは、他のユーザに対する伝送パワー制御情報を更に含むことを特徴とするパケット交換通信システム。

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