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
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Description
【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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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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