JP3667845B2

JP3667845B2 - スロットダイナミック割り当てと同一チャンネル干渉の減少を有する多重アクセスセルラー通信

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Publication number: JP3667845B2
Application number: JP33626895A
Authority: JP
Inventors: シー．パパドポーロスハララボス; ウィルヘルムサンドバーグカール−エリック
Original assignee: AT&T Corp
Current assignee: AT&T Corp
Priority date: 1994-12-27
Filing date: 1995-12-25
Publication date: 2005-07-06
Anticipated expiration: 2015-12-25
Also published as: US5594720A; CA2162753C; JPH08289360A; EP0720405A3; EP0720405A2; CA2162753A1; EP0720405B1; DE69536134D1; ES2360661T3

Description

【０００１】
【関連出願のクロスリファレンス】
本発明は、「多重アクセス方法」という名称の米国特許 No.5,420,851の一部継続出願であり、その出願は本発明の譲受人に譲渡されている。
【０００２】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通信システムの多重アクセス技術に関する。特に、本発明は、例えば、上りリンク通信と下りリンク通信に、使用可能なフレームタイムスロットを割り当てることを含む多重アクセス技術を利用する無線通信システムに関する。
【０００３】
【従来の技術】
通信ネットワークあるいは通信システムの設計は、受信情報の信頼性のような望ましい性能特性を持つネットワークを達成するために、例えば、ある通信チャンネルの特性のような物理的制約と、使用可能なチャンネル当たりのバンド幅のようなシステム制約を評価することを含む。セルラーシステムは、一般に、各セルラー周波数バンドのバンド幅を制限しながら、情報の低スループット遅延、情報転送の高信頼性と高能力を要求している。
【０００４】
現在の無線ネットワークは、ネットワーク資源を効率的に利用するためユーザーを多重化する多重アクセス技術を利用する。特に、これらのネットワークは、（移動体通信のためのグローバルシステムとしても知られている）汎ヨーロッパＧＳＭシステムと北アメリカＩＳ−５４システムにおけるようなＦＤＤ（周波数分割二重化）付のＴＤＭＡ（時分割多重アクセス）とデジタルヨーロッパコードレス遠隔通信（ＤＥＣＴ）システムにおけるような変形例、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ（時分割二重化）のいずれかを使用する。D.J. Goodmanによる「第二世代無線情報ネットワーク」（IEEE Tran. Veh. Tech. VT-40、NO.2、366-374ページ、１９９１年５月）を参照。
【０００５】
ここで説明する多重アクセスシステムでは、時間フレームが基本的送信単位である。各フレームは、複数の時間スロットに分割される。あるスロットは、コントロール目的のために使用され、あるスロットは、以下に説明するように情報転送のために使用される。情報は、スロットが特定ユーザーに割り当てられるフレーム内のスロットの間に送信される。この開示を通して、用語「情報」は、音声、テキスト、ビデオ、あるいは他のデジタル情報を表すデータを参照するものと理解されるべきである。
【０００６】
ＰＲＭＡ（パケット予約多重アクセス）とＲ−ＡＬＯＨＡ（予約ＡＬＯＨＡ）のような他の多重アクセス技術は、音声パケットのバースト性質を認識し、タイムスロットに対して予約機構を持つことによりシステム容量を増加させている。D.J. Goodman、R.A. Valenzuela、 K.T. Gayliard、 B. Ramamurthiによる「ローカル無線通信のためのパケット予約多重アクセス」（IEEE Trans. Comm., COM-37, No.8、885-890ページ、１９８９年８月）と、S.S.Lamによる「パケット放送ネットワーク−ＲＡＬＯＨＡプロトコルの性能解析」（IEEE Trans. Comp., COMP-29, No.7、596-603ページ、１９８０年７月）を参照。あるチャンネルのバンド幅上で多数のユーザーをサポートすることができるが、これらのアプローチは、動作範囲が制限されていて、ＰＲＭＡの場合には、低遅延制約の下ではほとんど達成されない。加えて、ＰＲＭＡ技術は、実際の音声通信に応答し、すなわち、スロットを割り当てるための別のコントロール機構に応答する代わりにスロットを割り当てるために、ユーザーがアクティブに話をしなければならない。この割り当て方法は、データパケット間の衝突を招き、遅延を増加させ、スループットを減少させる。双方向会話では、ただ一人のユーザーだけがアクティブであり、それにより両方の会話経路からの情報が共通チャンネルに多重化されるとき、少ない数のユーザーで統計多重化高ゲインを得ることを可能とするということがしばしば起きるということを他のシステムは認識する。L.M. Paratz、E.V.Jonesによる「適応バーストモード技術を使用する音声送信」（IEEE Trans., Comm., COM-33, No.6、588-591ページ、１９８５年６月）と、S. Nanda、 O.C. Yueによる「無線通信のための可変分割二重化」（GLOBECOM '91, 32.6.1-32.6.7ページ）を参照。しかしながら、そのようなシステムは、単一会話（二重音声リンク）において２人に割り当てられたバンド幅をダインミックに変えるために使用されていた。このため、両者が同時に話をしているとき、あるいは両者の音声がオーバーラップしたとき音声品質が低下する。加えて、部分的なスロット割り当てが必要なので、スロット割り当てを管理することが困難である。こうして、有線システムと競合する無線個人通信システムでは特に、大容量、高品質、低遅延通信を提供することができる多重アクセスシステムに対する要求がある。
【０００７】
【発明の概要】
本発明の１つの観点によれば、多重アクセス技術が開示され、スロットは上りリンクユーザーと下りリンクユーザーとの間でダイナミックに割り当てられる。実施例では、Ｎ個のユーザー対の組のユーザー対間の上りリンクと下りリンク上に割り当てられたスロット内で情報を通信するために採用される通信システムでスロットを割り当てるための方法が提供される。その方法は、フレームの組を発生し、各フレームは、上りリンク上に情報を通信するために割り当てられたＵｓスロット、下りリンク上に情報を通信するために割り当てられたＤｓスロット、及びＡ（Ａ＞＝０）未使用スロット持つＳ情報スロット（Ｓ＝Ｕｓ＋Ｄｓ＋Ａ）を含む。ＵｓとＤｓは、システム全体の品質と容量を完全するようにダイナミックに変えられる。
【０００８】
本発明の他の実施例では、上りリンクユーザーあるいは下りリンクユーザーのいずれかにあるフレーム内の使用可能な情報スロットの一部が永久に割り当てられる。残りの未割り当てスロットは、需要に従って上りリンクユーザーと下りリンクユーザーの間にダイナミックに割り当てられる。これらの他の実施例は、部分共有時分割二重化（ＰＳＴＤＤ）と呼ばれる。ＰＳＴＤＤは、ある種の同一チャンネル混信（ＣＣＩ）の影響を減少させるために使用可能であり、その混信は例えば、ダイナミックスロット割り当てを有する時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）形式のシステムで生じる。
【０００９】
本発明の他の観点は、特定の指向性アンテナへのフレームの時間あるいは周波数スロットの適切な割り当てと関連して複数の基地局指向性アンテナを利用することを含む。指向性アンテナとフレームの対応するスロット方向構成は、ＳＴＤＤあるいはＰＳＴＤＤセルラー通信システムの近隣周波数再使用（ＦＲ）セルにおいて、例えば、上りリンクと下りリンクの共有スロットから生じるＣＣＩの衝撃を最小にできる。他の実施例では、全方向性アンテナが基地局指向性アンテナの組の代わりに使用可能である。
本発明の付加的な特徴と長所に加えて、上記の特徴は以下の詳細な説明と添付図面を参照して明らかになるであろう。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、セルラー、あるいはマイクロセルラー通信ネットワークの構成要素を示す。セル１０２は、このシステムによりサービスされる地理的エリアの一部を表す。各セル内には、基地局１０５があり、それは公衆電話回線ネットワークに接続されている。基地局１０５は、公衆電話回線ネットワークを介して情報（即ち、テキスト、音声、ビデオ等を表すデジタルデータ）を送信し、受信することを望んでいるユーザー１１０−ｉ（ｉ＝１，．．．Ｎ）と無線リンクを確立する。あるユーザー対１１０−ｉと基地局１０５間の無線リンクはユーザーから基地局１０５へ、その後電話回線ネットワークに情報を送信するための上りリンクＵｉと電話回線ネットワークからそのユーザーに基地局により受信された情報を送信するための下りリンクＤｉとからなる。一般に、スループット遅延に対する関係とネットワーク内でのバンド帯域資源の有効利用は、変調技術、音声符号化方法、チャンネル符号化と等化技術の適当な設計あるいは活用により指向されることができる。J.J.C. Chang, R.A. Miska 及びR.A. Shoberによる「概説：無線システムとテクノロジー」（AT&T Tech. J.、巻７２、No.72、11-18ページ、１９９３年７月／８月）、T.P. Bursh Jr.等による「移動分野でのデジタル無線」（ＡＴ＆Ｔテクニカルジャーナル、巻72、No.4、19-26ページ、１９９３年７月／８月）及びN. Seshadri, C-E.W. Sundberg,及びV. Weerackodyによる「変調、エラー補正、チャンネル等化、及びその他の最新技術」（ＡＴ＆Ｔテクニカルジャーナル、巻72、No.4、48-63ページ、１９９３年７月／８月）を参照。例えば、遅延を最小にするために、僅か程度のチャンネル符号化と関連して空間多様性が使用されることができる。ＡＤＰＣＭ、ＥＤＰＣＭ、あるいはＬＤ−ＣＥＬＰのような低レートの音声符号化器と疑似アナログスキュードＤＰＳＫのような変調方法が遅延を減らすのに十分適切である。T. Miki, C.-E. W. Sundberg及びN. Seshadriによる「移動体無線通信システムの疑似アナログ音声伝送」（IEEE Trans. veh. Tech. 巻42、No.1、69-77ページ、１９９３年２月）を参照。バンド帯域資源関係は、多重アクセス技術の適当な設計を通して指向されてもよい。多重アクセス技術のゴールは、ある制限された使用可能な周波数数、制限されたチャンネル当たりの帯域等に与えられるセル内の種々のユーザー対のために通信を規則化することである。特に、多重アクセスシステムの適当な設計は、低遅延、高品質デジタル通信ネットワークを構成する際に重要である。一般的には、C-E.W. Sundberg及びN.Seshadriによる「北アメリカでのデジタルセルラーシステム」（GLOBECOM '90、巻1、533-537ページ、サンディエゴ、カリフォルニア、１９９０年１２月）を参照。
【００１１】
図２は、他のシステムとの比較の目的のためにＴＤＭＡ／ＴＤＤの原理を示す。標準的なＴＤＭＡ／ＴＤＤは、送信される情報スロット内で送られる情報のヘッダーに統合されたコントロール情報を持っているが、図示のため、フレーム２０１は３つの部分に分割され、それれらの全てが同じ周波数バンドで送信される。コントロール部２０５は、コールマネージメントに関する情報を含んでいる。上りリンク部２１０と下りリンク部２１５はＮスロットにそれぞれ分割される。こうして、各ユーザー対に対する上りリンクと下りリンクは情報を送信するための保証されたスロットを持つことができる。しかしながら、スロットは各ユーザーに割り当てられ、ユーザーが割り当てられたスロットを利用しない（即ち、そのスロットの間に情報を送信しない）と決定すれば、スロットの再割り当ては行われないので、システム容量は低い。
【００１２】
音声ユーザーが音声アクティビティ検出（ＳＡＤ）の使用を通して統計的に多重化されればネットワーク資源のよりよい利用が得られる。図３は、Ｎユーザー対までの使用に対して設計されたＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤ３０１のフォーマットを示している。ＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤフレーム３０１は４部に分割される。上りリンクと下りリンクのコントロール部３０５と３０７は、コールマネージメント関数を取り扱うためのビットを含んでいる。上りコントロール部３０５は、上り情報スロットに対するリクエストを扱うためのビットを含んでいる。下りコントロール部３０７は、どの上り情報スロットと下り情報スロットが情報を送信し、受信する上りユーザーと下りのユーザーに割り当てられているかを示すビットを含んでいる。上りリンク部３１０と下りリンク部３１５はスロットに分割されている。上りリンク部と下りリンク部の各々にはＮより少ない同一の数のスロットがある。ＳＡＤ技術は、情報転送特に音声会話の重要な部分は静かな部分からなるということと情報の送信が起きる必要はないということを、即ち、Ｎユーザー対がアクティブであり、ある時点で情報を送信したがっているが、全てのユーザーがそのときの彼らに割り当てられたスロットを１００％使用しているわけではないという機会が存在するということを認識する。こうして、Ｎユーザー対までを満足に収容するために要求されるスロット数は、アクティブでないユーザーからアクティブなユーザーへのスロットの再割り当てを通して意味あるように減らされることができる。結果は、（情報を送信しないスロット数の減少となるので）大容量と、（フレームは減少したスロット数に与えられるとより短くされることができるので）より低い遅延となる。加えて、ピーク需要時に全てのユーザーを収容するには不十分な資源となり、こうしてある情報は、スロットがデータ送信のために利用できず、及び／あるいは新しいユーザー対がこのシステムへのアクセスが許されるので、失われるであろう。
【００１３】
図４は、本発明を実現する際に有益なフレーム４０１のフォーマットを示す。本発明、即ち、共有時分割二重化（ＳＴＤＤ）と呼ばれる多重アクセスシステムは、例えば、フレームベースで上りリンクと下りリンクの間にスロットをダイナミックに、割り当てながら、Ｎユーザー対までの間のトラヒックを安定化するように設計されている。フレーム４０１は、４部に分割される。コールマネージメント関数は、以下に説明するように、上りリンクコントロール部４０５と下りリンクコントロール部４０７の別々の上りリンクスロットと下りリンクスロットにより処理される。フレーム４０１の残りは、Ｓ個のスロット（Ｓ＝Ｕｓ＋Ｄｓ＋Ａ）に分割される。ここで、Ｕｓスロットは上りリンク情報転送のために割り当てられ、Ｄｓスロットは下りリンク情報転送のために割り当てられる。Ａは何であれ、割り当てられないスロット数を表す。図４のフレーム４０１では、Ａ＝０である。上りリンク部４１０と下りリンク部４１５の間で割り当てられるスロット数は、分割部４１２により示されるように各フレームと共に変わる。しかしながら、音声スロットＳの全体数は各フレームに対して固定されたままである。システム内に僅かのユーザーがいて、ある一方向への全体のスロット数がＳ／２より少ないとき、情報スロットはＴＤＤのように振る舞い、Ｓスロットは、上りリンクアクセスと下りアクセスに対して等しく分割される。ユーザー数が増加し、いずれかの方向への要求される音声スロットの数がＳ／２を越えると、上りリンクスロットと下りリンクスロット間の分割部４１２は需要に従って変わる。共通の周波数バンドを共有する能力は、ユーザーの数が制限された狭帯域システムに対してさえ統計的な高い多重化ゲインに寄与する。Ｓの値は、３つの因子に基づいて選択される。それらは、１）受信情報の望ましい品質、即ち、どれくらいのレベルのパケット喪失が受け入れ可能であるのか、２）収容されるべきユーザー対の数、及び３）音声アクティビティ検出器の正確度、即ち、情報伝送の際にどのくらいうまく沈黙と休止が検出されることができるかである。例えば、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤが０．０１％の高品質パケットドロッピングレートで４６音声スロットを要求しているのに対し、Ｎ＝３２のユーザー対を持つシステムでは、６４個の音声スロットが標準的なＴＤＭＡ／ＴＤＤに対して要求される。ＳＴＤＤは、一般に、同じドロッピングレートで２ミリセカンドのフレームサイズを仮定して３５音声スロットを要求する。全体の統計的な多重化ゲインは、コントロール情報の正確な設計の関数である。
【００１４】
図５は、スロットを割り当てる際のステップを示すフローチャートである。一般にコールセットアップ関数以外でハンドオフと終端を含めて、セルラーあるいはミクロセルラーシステムでのコールマネージメントに属する全ての信号関数は、コントロール部で情報を介して通信される。加えて、コントロール情報は、また、伝送の状態、即ち、ユーザーが活発に情報を通信しているかあるいは沈黙しているのかを示す。例えば、話をしているときのような、ユーザーが情報を送りたいと思い、ステップ５０２でアクティブ状態に入ったとき、ユーザーに割り当てられたコントロールスロット内のステータス情報が、ステップ５０４に示されるように基地局から適切な、即ち、上りリンクあるいは下りリンクの情報部内のスロットを要求する。例えば、ランダムサービスのような他の訓練も使用できるが、一般に、これは、情報スロットをユーザーに割り当てる際に、先入れ先出し（ＦＩＦＯ）サービス訓練を用いて実現できる。同様に、基地局は、ネットワークの線でつながれた終端から放出する全てのスロット要求を気にかけ、従ってステップ５０６でスロットを割り当てる。スロット割り当て情報は、上りリンクユーザーと下りリンクユーザーの両方に下りリンクコントロール情報スロットで運ばれる。こうして、下りリンクコントロール情報を時間伝送する際に、遅延を減らすように、上りリンクコントロール情報を先行させることは有利である。スロットが要求時にユーザーに割り当てられなければ、情報はドロップされる。情報転送が完了すると、ステータス情報がステップ５０８でリセットされ、スロットは、ステップ５１０で未使用スロットのプールに戻される。コントロール情報の量は、コール管理関数の必要性と伝送アクティビティの頻度により指示される。
【００１５】
別々のコントロールスロットと情報スロットを使用することは、ＰＲＭＡ形式のネットワークで共通であるオーバーヘッドの効率の問題を緩和し、低アクセス遅延を提供しながら、音声アクティビティ検出と共に有利に働く簡単なアクセスの実現を可能とする。上りリンクコントロール部４０５と下りリンクコントロール部４０７は、各Ｎコントロールスロットを含んでも良い。しかしながら、フレーム当たりのオーバーヘッドは、コントロール情報に対してデューティサイクルを確立することにより減少させられる。例えば、コントロールスロットの全体の数が２Ｃとする。ここで、Ｃは、上りリンクあるいは下りリンクのコントロールスロットの数であり、Ｎ（ＮはＣの倍数である）は、サポートされることができるユーザー対の最大数とする。一般に、Ｃ＜Ｎであり、故に、Ｃユーザー対だけが１フレーム期間に基地局にあるいは基地局からコントロール情報を通信することができる。こうして、この方法でサービスされる全てのユーザー対に対して全体でＫ＝Ｎ／Ｃのフレーム期間を取る。即ち、Ｋは、全てのユーザーにサービスを提供するデューティサイクルである。このアクセス機構は、全てのユーザーがＫフレーム期間内にサービスを受けることを保証する。同時に、アクノリッジが同じフレーム期間内に通信されるので、アクノリッジされた予約を持つユーザーは同じフレーム内で音声パケットを直ちに送ることができる。ユーザーが音声パケットの予約をするとき、そのユーザーは最小のＫフレーム期間の予約を保っている。例えば、フレーム期間が２ｍｓ、Ｎ＝４０、Ｃ＝５のとき、デューティサイクルは８であり、サイクル周期は１６ｍｓである。元論、デューティサイクルが大きくなれば、コントロールオーバーヘッド情報の量は少なくなる。ＳＴＤＤでは、音声アクティビティ検出レートに都合良く同期される場合には、適当なサイクル周期は１６ｍｓである。
【００１６】
ＳＴＤＤシステムでさえ、情報スロットの全てが利用されない状況があり得る。即ち、Ａ≠０（Ａが０でない）である。このスペアの容量は、新規なコールがこのシステムに到着したときコールセットアップのために使用可能である。新規なユーザーが、１サイクル周期の最小期間にコントロールスロットをモニターして情報スロットのステータスを確かめようとしているとする。即ち、全てのスロットが割り当てられているかどうかを判定しようとしているとする。その後、システムは、スペア情報スロットを論争チャンネルとして使用して、例えばＡＬＯＨＡ形式のランダムアクセスを用いてこのセットアップ要求を基地局に知らせることができる。ＡがＳ未満の場合、使用可能なスロットの数がＡならば、新規なコールは、これらのＡスロットの内の１つをランダムに選択してそのセットアップ要求パケットを送信する。この要求は、同じスロットで送信する他のユーザーがなければ、成功裏に基地局に到着する。現在サービスを受けている全体のユーザー対の数がＮ未満ならば、新規なコールは成功裏にサービスされ、アクノリッジが次に使用可能な下りリンクコントロールスロットで送られる。このコントロールスロットの位置は、また、コントロールサイクルストリーム内の新規なコールの位置を決定する。上記のように、ユーザーの数が少ないときには、ＳＴＤＤは、ＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤとして振る舞い、スロットは、上りリンクと下りリンクの間で等しく割り当てられる。この場合、コールをセットアップするために使用されるスペア情報スロットは情報スロットとして扱われ、上りリンクスロットと下りリンクスロットの間の分割が動かされるべきであるという命令を条件づけるときまで、スロットが等しく割り当てられたままである。上記のシステムは、キャリア周波数当たりＮまでのユーザー対に対して説明した。Ｎまでのユーザー対をそれぞれ搬送する多数のキャリア周波数数は、高トラヒックエリアで使用可能である。
【００１７】
前述の実施例は、音声送信に一義的に焦点を当てたが、ＳＴＤＤは、例えば、あるスロットがデータを運び、あるものが音声を運ぶという混合されたトラヒック条件に対して使用可能である。ＳＴＤＤは、また、ユーザー当たり可変レートモードで、例えば、多数のビットが顧客が要求するビデオあるいは高品質のオーディオに割り当てられる可変音声品質モードで実現されても良い。コントロールチャンネルは適切な情報を含む。こうして、この方法は、ユーザー対のユーザー間に高帯域／狭帯域情報転送がある場合に使用可能であるという長所を有する。他の実施例では、要求に基づいて上りリンクと下りリンクの間でダイナミックなスロットの割り当てが、情報がダイナミックに割り当てられた直交周波数チャンネル上で運ばれる場合には周波数分割により、実現される。あるいは他に、コード分割モードでは、トラヒックが疑似直交コードで直接シーケンススペクトル拡散により運ばれ、あるいは時分割、周波数分割、及びコード分割技術の組み合わせで運ばれる。他の実施例では、ＳＴＤＤフォーマットは通信システムでのスループット遅延を更に減らすために疑似アナログスキュードＤＰＳＫ変調技術と関連して使用可能である。疑似アナログスキュードＤＰＳＫ変調に関する更に詳細な説明は、T. Miki等による「移動体無線通信システムにおける疑似アナログ音声伝送」という上記引例に開示されている。引用により、この引例はここに組み込まれる。
【００１８】
上記の詳細な説明は、フレームのスロットが上りリンクユーザーと下りリンクユーザーとの間にダイナミックに割り当てられる方法を説明した。この方法は、特定のハードウェアあるいはソフトウェアに制限されない。代わりに、この方法は、当業者が使用可能なように、あるいは好ましいようなハードウェアあるいはソフトウェアを容易に適合させることができるように説明された。
上記の例示的なＳＴＤＤ技術は無線通信システムを改善するが、性能は、ある実施例では、同一チャンネル干渉（ＣＣＩ）とドロップされたパケットのランレングスのような因子により制限される。
【００１９】
図６は、ＴＤＭＡ／ＳＴＤＤセルラー通信システムにおいて生じるある種のＣＣＩを示す。第一のセル６００は、下りリンク情報を移動体ユーザー６０２に送信し、それから上りリンク情報を受信するための基地局６０１を具備する。セル６００は、チャンネルキャリア周波数Ｆ１で動作する。ユーザー６０２は、上りリンクパケットをフレーム６０４でキャリア周波数Ｆ１で基地局に送信する。フレーム６０４は、１以上の上りリンク時間スロット６０６を含み、それらは上記のように、ＳＴＤＤ技術に従ってユーザー６０２にダイナミックに割り当てられる。第二のセル６１０は、セル６１０内のユーザーと通信するための基地局６１１を具備する。セル６１０もまた、チャンネルキャリア周波数Ｆ１で動作し、セル６００と６１０は、従って、隣接周波数再使用（ＦＲ）セルと呼ばれる。セル６１０の移動体ユーザー６１２は、フレーム６１４内の基地局６１１から下りリンクパケットを受信する。下りリンクパケットは、フレーム６１４の１以上のタイムスロットで送信され、それらは、ＳＴＤＤ技術に従ってユーザー６１２にダイナミックに割り当てられる。移動体ユーザー６０２、６１２の両者と基地局６０１と６１０は、この例では全方向アンテナを具備する。
【００２０】
固定タイムスロットが上りリンク伝送と下りリンク伝送に割り当てられるＴＤＤ技術と異なり、本発明のＳＴＤＤ技術は、要求に依存してタイムスロットが上りリンク伝送あるいは下りリンク伝送のいずれかにダイナミックに割り当てられることを可能とする。図６は、隣接ＦＲセル６１０の基地局６１１がユーザー６１２に下りリンクスロットで送信しているそのときに、ユーザー６０２が上りリンクスロット６０６で情報を基地局６０１に送信することができることを示している。基地局から送信される信号は、移動体ユーザーから送信される信号より意味あるように高い電力レベルであることがしばしばあるので、スロット６１６内で送信される下りリンク信号は、スロット６０６内で送信される上りリンク信号と干渉する。フレームタイムスロット６１６と６０６間の干渉が図６に点線６２０で示されている。干渉信号は、点線６３０で示されている。この種のＣＣＩは、移動体ユーザーからの低電力上りリンク信号の受信と干渉する基地局からの高電力下りリンク信号６３０を含むので、ここで、”混合”ＣＣＩと呼ばれる。ある場合には、この種の干渉は、基地局６０１に受信信号対干渉信号比（Ｓ／Ｉ）を生じ、上りリンクタイムスロット６０６内のドロップしたパケットとなる。ＳＴＤＤシステムにおける混合ＣＣＩは、パケットドロッピングレートを意味あるように増加させ、それによりシステム容量を減少させる。混合ＣＣＩは、同じタイムスロットで基地局から送信される下りリンク信号のあるユーザーによる受信と干渉する他のユーザーからの上りリンク信号を含んでいる。後者の種類の混合ＣＣＩは、基地局送信電力は、移動体ユーザーのそれよりかなり高いという事実により重大な問題ではない。
【００２１】
混合ＣＣＩは、一般に、適切に同期された従来のＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムとＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤシステムでは生じない。しかしながら、これらの従来のシステムは、隣接ＦＲセル内で２つの異なる下りリンク信号間あるいは２つの異なる上りリンク信号間での干渉から生じる”規則的な”ＣＣＩを表す。規則的なＣＣＩはシステム容量を拡張するための周波数再使用を利用するほとんどのセルラーシステムに共通であり、隣接ＦＲセル間の距離は、規則的なＣＣＩが許容レベルにあるかそれ以下にあるように選択される。混合ＣＣＩがコンルされあるいは軽減されることが可能ならば、ＳＴＤＤシステムにおける残りの規則的なＣＣＩは、一般的に従来のＴＤＭＡ／ＴＤＤシステムとＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤシステムにおけるそれよりも大きくはないであろう。
【００２２】
本発明は、ＳＴＤＤシステムにおいて混合ＣＣＩを減らすために使用可能な多数の技術を提供する。１つの技術は、ＳＴＤＤフレーム内の上りリンクスロットと下りリンクスロットの交互の割り当てを含み、部分的共有時分割二重化（ＰＳＴＤＤ）と呼ばれる。他のものは、ＳＴＤＤフレームの適切なスロット方向構成と関連して受信と送信の両方のために指向性の基地局アンテナの使用を含む。これらの技術は、一緒に使用してもよく、あるいは別々に使用しても良い。ＣＣＩ低減技術は、ＳＴＤＤの例と関連して説明したが、その技術が上りリンクスロットと下りリンクスロットがダイナミックに割り当てられる何らかの多重化通信システムにより一般的に適用可能であることは当業者には明らかであろう。
【００２３】
図７は、本発明による他のＳＴＤＤフレーム７０１を示す。フレーム７０１は、上りリンクコントロール部７０５と下りリンクコントロール部７０７、上りリンク情報部７１０、下りリンク情報部７１５を含んでいる。ＳＴＤＤフレーム７０１は、また、共有スロット７２０のグループを含んでいる。供給スロット７２０は、フレーム７０１内の使用可能な情報送信スロットの全体数のサブセットを表す。上りリンク部７１０と下りリンク部７１５は、上りリンク情報送信と下りリンク情報送信に永久に割り当てられたスロットをそれぞれ含んでいる。フレーム７０１は、未使用スロットＡの数が０に等しいと実施例では示されているが、他の実施例は０より大きいＡの値を含んでいる。部７１０と７１５は、こうして、図３のフレーム３０１の部３１０と３１５と同様である。共有スロット７２０は、図４の部４１０と４１５のスロット割り当てと同様にして、要求に従って上りリンク送信と下りリンク送信の間でダイナミックに割り当てられる。例示的なフレーム７０１では、従って、全体の使用可能な情報スロットのサブセットがダイナミックに割り当てられ、一方残りの情報スロットは上りリンク送信あるいは下りリンク送信のいずれかに割り当てられる。この他方のＳＴＤＤ技術はＰＳＴＤＤと呼ばれる。使用可能なスロットのサブセットだけがダイナミックに割り当てられるので、混合ＣＣＩに対する潜在性は減少させられる。全体の使用可能な情報スロットの共有される部分は、部分共有因子ηにより指定され、従って、別のＰＳＴＤＤ技術がＰＳＴＤＤ（η）と呼ばれる。情報送信に対するＳタイムスロットの合計を持つＰＳＴＤＤ（η）システムでは、上りユーザーにだけ利用可能な（Ｓ／２）（１−η）スロットがあり、下りリンクユーザーにだけ利用可能な（Ｓ／２）（１−η）スロットがあり、残りのＳηスロットは要求に従って上りリンクユーザーと下りリンクユーザーとの間で共有される。一般に、約１５％と２５％の間の部分共有因子ηを持つＰＳＴＤＤシステムは、対応するＳＴＤＤシステムのそれらと同様なパケットドロップレートを表すが、混合ＣＣＩの減少を提供することができる。他の部分共有因子ηがまた使用可能であろう。
【００２４】
図８Ａは、本発明による例示的な無線通信システム８００を示す。システム８００によりサービスされる地理的なエリアは、中心セルを６個のセルが囲むセルグループに基づいて６角パターンに配置されたセルに分割されている。図示の明確化のため、システム８００のセルの一部だけが示されている。多数の周波数再使用（ＦＲ）セル８１０−ｉが実線で示されている。ＦＲセル８１０−ｉの各々は、少なくとも１つの共通チャンネルキャリア周波数を共有している。こうして、セル８１０−ｉは、システム８００内のセルの全体数のサブセットを表す。異なるチャンネルキャリア周波数を利用する他のセルがＦＲセル８１０−ｉの各々に隣接して置かれ、いくつかが点線で示されている。システム８００に示される特定のセルパターンは図示のためだけであり、本発明は、多数の他のセルパターンのいずれかを持つシステムでも利用可能である。あるＦＲセル８１０−ｉに隣接しそれを囲むＦＲセルは、その隣接ＦＲセルであり、ここで”第一層”の潜在的干渉者と呼ばれる。図８Ａの７つのセルによる６角ＦＲパターン内の各ＦＲセル８１０−ｉに対して合計６つの第一層の潜在的干渉者が存在する。あるＦＲセルの隣接ＦＲセルからの下りリンク信号は、上記のようにしてそのあるセル内に混合ＣＣＩを生じる。７セル６角パターンは、このシステムでは１つの７セルグループの外側のセル８１０−ｉが他の７セルグループの中心セル８１０−ｉであるように一般に繰り返される。ここで使用されるように、用語「隣接ＦＲセル」は、あるセル内にＣＣＩを生じるセルを含むように意図され、また、こうして、第一層の干渉者ばかりでなく、あるセルから更に離れたセルも含むように意図されている。
【００２５】
この例示的実施例では、各セルは基地局８１４を含み、それは３つの指向性アンテナＡ、Ｂ、及びＣを介してセル内のユーザーと通信する。システム８００によりサービスされる地理的エリア内の移動体ユーザーは基地局８１４を介して互いにそして公衆電話ネットワークと通信することができる。あるセル内の指向性アンテナはセルの基地局８１４に関して約１２０°（度）の角度により定義されるエリアに渡って各アンテナが送信するように構成されている。この実施例では、３つの指向性アンテナＡ、Ｂ、Ｃが一緒に、ある基地局８１４の回りの全３６０°の通信カバーを提供する。勿論、他の実施例では、他の多数のカバー範囲を提供するであろう。指向性アンテナと７セル６角ＦＲパターンを利用する従来のセルラーシステムＳＴＤＤスロット割り当て技術と共に使用されたならば、混合ＣＣＩに弱いであろう。本発明は、指向性アンテナの配置と、対応するスロット方向フレーム構成を提供し、それらは一緒に混合ＣＣＩを非常に減少させる。方向性アンテナは、一義的にここでは分離アンテナと呼ばれるが、ここの指向性アンテナが例えば同じマルチセクターアンテナの別々のセクターのように実現されても良いということは当業者には明らかであろう。
【００２６】
図８Ｂは、例示的なスロット方向フレーム構成を示し、それは図８Ａの方向性アンテナＡ、Ｂ、Ｃと関連して使用されてシステム８００において混合ＣＣＩを減少させる。以下に説明する例では、スロット指向性構成に従うフレーム部分はそのフレームの情報時間スロットだけを含んでいると仮定しているが、フレームコントロール情報が同じように構成される、あるいは例えば全方向性で送信され、受信されても良い。図８Ｂは、特定の基地局指向性アンテナが、あるＳＴＤＤフレーム８５０の間に上りリンク情報を受信し、下りリンク情報を送信するための時間期間を示している。フレーム８５０の上りリンク部８５２は指向性アンテナを介して上りリンク情報の受信に割り当てられている。上りリンク部８５２は３つのサブ部Ａ、Ｂ、Ｃに分割され、それらの各々の間に３つの指向性アンテナの内の１つがユーザーからの上りリンク情報を受信する。フレーム８５０の下りリンク部８５４は方向性アンテナを介してユーザーへの下りリンク情報の送信に割り当てられている。下りリンク部８５４も３つのサブ部に分割され、それらの各々の間に３つの指向性アンテナの内の１つが下りリンク情報を送信している。同じフレーム構成がシステム８００においてセル基地局と移動体ユーザーの各々により利用される。しかしながら、アンテナとフレーム構成の変更が、例えばシステムの端部のセルで使用されても良いことに注意すべきである。フレーム８５０の付加的な部８５６は上りリンク通信と下りリンク通信のいずれにも割り当てられないスロットを含んでいる。需要のピークの期間、部８５６のスロットは、上記のようにして上りリンクあなるいは下りリンクのいずれかに割り当てられる。
【００２７】
図８Ｂに示されるフレーム構成が混合ＣＣＩを減少させる様子を説明する。Ａｉ、Ｂｉ、Ｃｉは、あるセル８１０−ｉにおける指向性アンテナを参照するために使用される。図８Ａに示される７ＦＲセル８１０−ｉのグループ内の中心ＦＲセル８１０−０の指向性アンテナは、Ａ０、Ｂ０、Ｃ０として参照される。外部の６つのセル８１０−ｉ最初のセル８１０−１としての最上位のセルから番号が付けられ、残りのセルはセル８１０−１から始まる時計方向の順に番号が付けられている。混合ＣＣＩは、例えば、指向性アンテナＡ０が指向性アンテナＣ１、Ｂ２、Ｃ２がユーザーに下りリンク信号を送信しているのと同じ時間スロットの間にユーザーから上りリンク信号を受信しようとすれば生じる。アンテナＣ１、Ｂ２及びＣ２は、こうして、潜在的に干渉するアンテナであり、アンテナＡ０はシステム８００において潜在的に干渉されるアンテナである。従って、図８Ｂの例示的なフレーム構成は、例えば、アンテナＡ０が上りリンク信号を受信していない時間の間に指向性アンテナＣ１、Ｂ２、Ｃ２が下りリンク信号を送信することを可能とする。同じような混合ＣＣＩシナリオが、他の第一層干渉するセル８１０−ｉと中心セル８１０−０の間で、及びシステム８００の他のセル間で生じる。フレーム８５０は、潜在的に干渉する指向性アンテナにより利用される上りリンクタイムスロットと下りリンクタイムスロットの間の重複が最小になるように構成されている。図８Ｂは、ある指向性アンテナＡｉの上りリンクユーザーが方向性アンテナＢｉとＣｉの上りリンクユーザーの前のあるフレームの間にサービスされるということを示している。同様に、アンテナＡｉの下りリンクユーザーがアンテナＢｉとＣｉの下りリンクユーザーの前のあるフレームの間にサービスされる。多数の他のフレーム構成のいずれも本発明による混合ＣＣＩを最小にするために使用可能であるということは当業者には明らかであろう。例えば、アンテナＣｉとＢｉの下りリンクユーザーは、例えばアンテナＡ１、Ａ２の下りリンクユーザーがアンテナＡ０の上りリンクユーザーと一般に干渉しないので、Ａｉのそれらの後にサービスされることができるであろう。他に、フレーム内のアンテナ順は完全に反転されても良いし、あるいはそのフレーム内でアンテナＢに割り当てられる位置がアンテナＣに割り当てられる位置とスワップされても良い。これらの他のスロット方向指向性はシステムにおいて各非端部セルに対して一貫して適用されるべきである。更に他のスロット方向フレーム構成が図８Ｂに示される例示的な順番の他の順列を利用しても良い。
【００２８】
図９Ａは、本発明による他の例示的なセルラー通信システム９００を示す。システム９００は、７セル６角パターンに配置された多数のＦＲセル９１０−ｉを含んでいる。付加的なセル９１０−ｉがまた示されている。セルの各々は、基地局９１４とＡ、Ｂ、Ａ’、及びＢ’で指定される４つの９０゜の指向性アンテナとを具備している。アンテナＡ、Ｂは、アンテナＡ’とＢ’のそれらと実質的に反対の方向に送信し受信するように配置されている。混合ＣＣＩは、例えば、１つのセルのアンテナＡ’あるいはＢ’に割り当てられた下りリンクスロットが隣接ＦＲセル内のアンテナＡあるいはＢの上りリンク受信と干渉するときシステム９００内で生じる。
【００２９】
図９Ｂは、システム９００で利用されても良い例示的なフレーム構成を示している。フレーム９５０は、上りリンク部９５２と下りリンク部に分離され、上りリンク部では上りリンク情報はＡ’、Ｂ’、Ｂ、Ａの順で方向性アンテナにより受信され、下りリンク部では下りリンク情報はＡ、Ｂ、Ｂ’、Ａ’の順にアンテナにより送信される。付加部９５６は例示的フレーム９５０で使用されないタイムスロットを表している。セル９１０−ｉは、ＦＲセルの７セルグループの中心セルがセル９１０−０として指定され、グループ内の最上位セルが最初のセル９１０−１、グループ内の残りの外部セルがセル９１０−１から始まる時計方向の順に番号が付けられている。セル９１０−ｉの指向性アンテナは、アンテナＡｉ、Ｂｉ、Ａｉ’及びＢｉ’として呼ばれる。示される例示的フレーム構成は、上りリンクユーザーの間で最後のあるアンテナＡｉの上りリンクユーザーにサービスを提供する。下りリンクユーザーは、混合ＣＣＩを減らすためにフレーム上りリンク／下りリンク境界から可能な限り離れた位置のタイムスロット内のＡｉ’のような潜在的干渉するアンテナによりサービスされる。再び、反対のアンテナ順を利用する構成を含めて、９０゜の指向性アンテナと共に使用されるのに適切な多くの他のスロット方向フレーム構成が当業者には容易に明らかであろう。
【００３０】
図９Ａを参照して、本発明の他の観点はあるセル内の方向性アンテナ構成に大してある適切な回転角Θを決定することを含んでいる。例えば、９０゜あるいは４５゜の方向性アンテナを有するセルラーシステムでは、回転角Θの適切な選択はそのセルラーシステムにおける潜在的干渉の数を最小にする。回転角Θは、方向性アンテナの１つの端部と、最隣接ＦＲセル９１０−５のそれにセル９１０−１０の基地局９１４を接続する実線９２０との間の角度としてこの例では測定される。ある回転角は、その角度が使用されるとき、潜在的な干渉となる他のＦＲセルにより特定されても良い。これらの潜在的な干渉は、あるセルからＦＲパターンで内の（ｍ，ｎ）ステップにあるとしてここで特徴づけられ、回転角は従ってΘ（ｍ，ｎ）として表される。種々の可能な回転角Θ（ｍ，ｎ）が図９Ａに示されいる。線９２０に沿って存在するセル、即ちセル９１０−５、９１０−４、及び９１０−１５はそれぞれ（ｍ，ｎ）表記で（１，０）、（２，０）及び（３，０）として指定される。同様に、線９３０に沿ったセル９１０−６、９１０−０、及び９１０−３は、（１，１）、（２，１）及び（３，１）として指定され、線９４０に沿ったセル９１０−１と９１０−２は（１，２）、（２，２）としてそれぞれ指定される。（ｍ，ｎ）表示は、回転角Θの特徴を容易にするために採用され、他の表記がまた使用可能であることに注意すべきである。
【００３１】
図９Ａは、回転角Θ（３，１）と（２，２）を示し、回転角Θ（３，１）では、潜在的干渉セル９１０−３は、セル９１０−１０から離れたＦＲパターン内の（３，１）ステップにあり、回転角Θ（２，２）では、潜在的干渉セル９１０−２はセル９１０−１０から離れたＦＲパターン内の（２，２）ステップにある。一般に、関係するセルから離れた（ｍ，ｎ）ステップにあるセルは、そのセルの潜在的干渉者になる。ＦＲパターン内のある数（Ｍ，１）のステップ後に、離された潜在的干渉者（Ｍ，１）ステップからの干渉の影響は無視可能なほどに小さくなる。従って、混合ＣＣＩを減少させる際に使用するのに適切な回転角Θの値は以下の範囲の値を含む。
【００３２】
【数１】

上記のように、０に等しいΘの値は、第一層のＦＲセルの内のいずれか１つの中心に関係するあるセルを接続する線９２０のような線に指向性アンテナの内の１つの端部を整列させることに対応する。６角セルパターンを持つシステムでは、付加的な干渉を与えるΘ（ｍ，ｎ）の値は以下の式により与えられる。
【数２】

ここで、ｒｅｍ（ｎ，２）はｎが偶数のとき０に等しく、ｎが奇数のとき１に等しい。回転角Θの適切な値は、従って、以下の上限以下の上記特定範囲内のものである。
【数３】

【００３３】
例えば、Ｍ＝５に対する上限Θ（Ｍ，１）は、約１０．９゜である。これは、１０．９゜より少ないΘの値が選択されれば、セル（５，１）のあるセルからの距離より少ない位置にある全てのセルあるいは等しい距離にある全てのセルからの干渉は最小とされるということを意味する。一方、あるセルからのその距離を越えて位置するセルからの干渉はが無視できると考えられる。適切な回転角Θの選択は、こうして、あるセルの潜在的干渉者である隣接のＦＲセルの数を制限することによりシステム性能を改善できる。図９Ａのシステム９００に示されるように、同じ回転角Θがそのシステムのセルの各々に対して使用されても良い。９０゜の方向性アンテナと適切な回転角Θの使用は、示される例示的な７セル６角システムにおいて図８Ａと関連して上述した１２０゜の指向性アンテナのそれより優れている。９０゜指向性アンテナを有する実施例で示されたが、上記回転角選択技術は、例えば４５゜の指向性アンテナを有するものを含めて、本発明の他の実施例で使用されることができる。
【００３４】
図１０Ａは、６０゜方向性アンテナを利用する本発明の実施例を示す。システム１０００は７セル６角パターン内の中心セル１０１０−０の回りに配置された多数の外部ＦＲセル１０１０−ｉを含んでいる。多数の非ＦＲセルは、ＦＲセル１０１０−６に隣接して点線で示されている。各セルは、６０゜指向性アンテナＡ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’、Ｃ’に渡ってユーザーと通信する基地局１０１４を具備している。この実施例では、アンテナＡの上りリンクは、アンテナＡ’の下りリンクにより潜在的に干渉される。Ｂの上りリンクはＢ’の下りリンクにより潜在的に干渉される。以下同じである。上述の実施例においてのように、システム１０００内の各セルは、実質的に同じ回転角で配置された同じアンテナ構成を具備する。この実施例では、線１０２０から測定された回転角Θは、約３０゜である。適切な回転角の上述の決定は、例えば、３０゜、６０゜１２０゜の配置を持つ７セル６角パターンを利用する実施例では、そのようなアンテナ構成は６角パターンで使用されるとき実質的に対称であるので、実行される必要はないということに注意すべきである。
【００３５】
図１０Ｂは、図１０Ａのシステムと共に使用するのに適する例示的スロット方向フレーム構成を示す。上述の実施例においてのように、潜在的に干渉するアンテナ上りリンクと下りリンクは、異なるタイムスロットが割り当てられる。フレーム１０５０は、上りリンク部１０５２と下りリンク部１０５４に分離され、上りリンク部では、指向性アンテナがＡ’、Ｂ’、Ｃ’、Ｃ、Ｂ、Ａの順に上りリンク情報を受信し、下りリンク部では、アンテナがＡ、Ｂ、Ｃ、Ｃ’、Ｂ’、Ａ’の順に下りリンク情報を送信する。再び、他のスロット方向フレーム構成が使用でき、それは、例えば反対のアンテナ順の構成も含む。図１０Ａの６０゜の方向性アンテナ構成は、図１０Ｂの映じてきフレーム構成と共に、システム１０００内の混合ＣＣＩを仮想的に軽減し、７セル６角システムでは、上記１２０゜と９０゜のアンテナ実施例のそれより優れた性能を提供することができる。混合ＣＣＩのさらなる減少は、上記技術に従ってフレームを構成すると共に、指向性アンテナの数を増やして各アンテナのカバー範囲角を減少させることにより達成されても良い。例えば、他の可能な実施例は、１２個の３０゜の指向性アンテナを利用することであろう。上記のように、本発明は、種々の異なるセルパターンと共にシステムで利用されても良い。周波数再使用とセルパターンに関するさらなる詳細は、例えば、V.H. MacDonaldによる「セルラー概念」（Bell SystemTechnical Journal、巻58、No.1、15-41ページ１９９１年１月）に見つけることができる。それは、引用によりここに組み込む。また、R. Steele著の「移動体無線通信」（ペンテク出版、１９９２年）に見つけることができる。
【００３６】
図８、９、及び１０の例示的実施例は、例えば、システムの中心部で経験される最悪の混合ＣＣＩシナリオを示している。中心部のあるＦＲセルは全ての側に他のＦＲセルを有し、従って、混合ＣＣＩの潜在性は最大である。しかしながら、このシステムの端部のＦＲセルでは、混合ＣＣＩに対する潜在性は減少し、従って、これらのセルは中心部のセルとは異なるアンテナ構成を利用できるであろう。例えば、システムの端部のセルは、中心セルより少ない指向性アンテナを利用しても良い。当業者は、システム端部のセルで使用されるアンテナ構成及び／あるいはフレーム構成の他の適切な変更を容易に決定できるであろう。
【００３７】
本発明の他の実施例は、図８、９、１０に示される指向性アンテナに変わって全方向の基地局アンテナを利用しても良い。これらの実施例では、フレーム構成は、例えば、第一セルの潜在的に干渉する全方向性アンテナが隣接ＦＲセル内の潜在的に干渉される全方向性アンテナが上りリンク情報を受信するそれよりもフレームの別の部分に下りリンク情報を送信するように隣接ＦＲセルで変更される。１つの好適実施例では、図８Ｂ、９Ｂ、１０Ｂに示されるそれと同様にして、上りリンクスロットの割り当てはあるフレームの一端で始まり、下りリンクスロットの割り当てはそのフレームの反対の端部で始まる。こうして、過剰な数のフレームスロットが存在すれば、未使用のスロットは、上記部分８５６、９５６、１０５６のようなフレームの中心部に置かれる。この割り当て技術は、ある状況では上りリンクスロットと下りリンクスロットの間のバッファを提供することができ、こうして混合ＣＣＩを減少させる傾向にある。当業者は、本発明の全奉公しアンテナの実施例で使用するための他の適切なフレーム構成を容易に決定することができるであろう。
【００３８】
図１１Ａは、本発明による例示的基地局下りリンク１１０２を示すブロックダイアグラムである。音声、テキスト、ビデオ、有りは他の情報を表すベースバンド入力信号は、例えば、公衆電話回線ネットワークから基地局で受信される。ベースバンド信号は、当業者によく知られているようにして音声符号化器１１０５とチャンネル符号化器１１１０で処理される。符号化情報信号は、変調器１１１５に、その後ＲＦ送信ハードウェア１１２０に供給され、そのハードウェア１１２０は図８Ａのシステム８００と関連して上記の指向性アンテナＡ、Ｂ、Ｃを駆動する。下りリンクプロセッサ１１２５は、下りリンク情報が図８Ｂの例示的フレーム構成で特定される順番であるユーザーから適切な指向性アンテナＡ、Ｂ、Ｃに送信されるように、要素１１０５−１１２０の符号化、変調及び送信を調整する。多数の技術のいずれもが望ましいスロット方向フレーム構成を達成するために下りリンク１１０２で利用されても良い。例えば、特定ユーザーを識別するコントロール情報と対応するアンテナが、どのタイムスロットが望ましいフレーム構成を提供するためにあるユーザーに割り当てられるべきかを決定するために下りリンクプロセッサ１１２５により使用されても良い。本発明は、Ｋ＞＝１のコントロール情報デューティサイクルを持つ種々のシステムで使用されても良い。当業者は、Ｋ＞１を持つシステムに対するコントロール情報の配置及び／あるいは処理における適切な調整を容易に決定することができる。特定のタイムスロットをあるアンテナに割り当てることは、音声符号化及び／あるいはチャンネル符号化の後に、及び変調の前に、あるいは下りリンク１１０２の他の多数の点のいずれかで生じても良い。
【００３９】
図１１Ｂは、例示的基地局上りリンク１１３２を示す。ＲＦ受信ハードウェア１１４０は、方向性アンテナＡ、Ｂ、Ｃを介してユーザーから受信された上りリンク情報信号を処理し導く。受信上りリンク信号は、復調器１１４５で復調され、その後、チャンネル復号器１１５０と音声復号器１１５５で復号され、例えば公衆電話回線ネットワークに供給されるベースバンド出力信号を発生する。上りリンクプロセッサ１１６０は、あるアンテナＡ、Ｂ、Ｃがあるフレームの適切な部分に対して上りリンク信号を受信するように要素１１４０−１１５５の受信、復調及び／あるいは復号動作を導く。これは、当業者によく知られたようにして、適切なシステムタイミングとコントロールを実現することにより達成されることができる。下りリンク１１０２と上りリンク１１３２は、また、チャンネルインターリーバーとチャンネルデインターリーバーをそれぞれ含んでもよく、両者は、当業者によく知られたようにして実現される。インターリーブ／デインターリーブは、例えばチャンネル符号化／復号化の一部として含まれても良い。プロセッサ１１２５と１１６０は、符号化／復号化、変調／復調及びＲＦ送信／受信の子と相互作用するように示されているが、これが説明のためだけであることは強調されるべきである。望ましいスロット方向フレーム構成の結果となる処理機能は、別のプロセッサにより提供されるよりもむしろ、他のシステム要素の１以上のものに組み込まれても良い。加えて、本発明によるシステムは、示されるもの以外の要素の構成を含んでも良い。例えば、本発明が、チャンネル符号化を含まないとシステムで使用するのに適切であると当業者は認識するであろう。チャンネル符号化／復号化とインターリーブ／デインターリーブは、チャンネルをランダムにし、それにより例えばチャンネルフェージングの影響を軽減するが、これは、一般に全体の遅延の増加の代償として得られる。他の好適実施例は、従って、チャンネル符号化とチャンネルインターリーブを軽減し、チャンネルフェージングを指向するよく知られた多数の空間多様性のいずれかを利用する。
【００４０】
基地局下りリンク１１０２と基地局上りリンク１１０４に示されるものと同様なある処理要素が、また、移動体システムユーザーにより利用される送信機と受信器に存在するということは認識されよう。プロセッサ１１２５と１１６０は、適切にプログラムされたデジタルコンピューターあるいはマイクロプロセッサ、アプリケーション特定集積回路、あるいは望ましいスロット方向フレーム構成を提供することができるソフトウェア、ハードウェア、及びファームウェアの組み合わせであっても良い。本発明と共に使用されるのに適する送信、変調、符号化、及びコントロール情報に関する付加的な詳細は、例えば、W.C. Wong、C-E.W. Sundberg及びN. Seshadriによる「共有時分割多重化：低遅延、高品質無線デジタル音声通信へのアプローチ」（IEEE Tran. Veh., １９９４年１１月）に見つけることができ、それは引用によりここに組み込まれる。
【００４１】
図１２は、本発明の例示的実施例の動作を説明するためのフローチャートである。ステップ１２０２は、特定のユーザーがアクティブ状態、即ち情報スロットの要求された割り当てに入ったかどうかに関して判定が最初になされることを示している。そうならば、コントロールスロット内のユーザーから送信されたステータス情報は、ステップ１２０６で使用され、ユーザーが通信している基地局指向性アンテナを識別する。ステップ１２１２は、予め決められたスロット方向フレーム構成に従って特定のスロットが割り当てられることを示し、ステップ１２１８はユーザーが割り当てられたスロットで基地局と通信することを示す。ユーザーが次のフレームの間アクティブのままならば、ステップ１２２４でなされた判定がプロセッサをステップ１２０６に戻すように導き、予め決められたスロット方向構成に従って次のフレームであるスロットを割り当てる。ユーザーが非アクティブになった後、ステップ１２３０は、ユーザーに対応するコントロールスロットにのステータス情報がリセットされることを示す。そのユーザーに割り当てられるいずれのスロットもステップ１２３６で未使用スロットプールに戻される。特定ユーザーがタイムスロットを要求する毎にユーザーがどの指向性アンテナで通信しているかに関して判定がなされる。ユーザーへの使用可能なスロットの最終的な割り当ては、指向性アンテナが粗きスロット方向構成に従って利用されるように実行される。本発明のダイナミックスロット方向フレーム割り当てが、例えばＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤシステムで能力を改善するために使用されても良いということに注意すべきである。そのようなアプリケーションでは、ＴＤＤシステムの上りリンクと下りリンク信号は、そのフレームの異なる部分で常に送信されるので、同じタイムスロットがあるセル内の全ての指向性アンテナのために使用可能である。しかしながら、多数の付加的な発行が、上記技術をＴＤＤシステムに適用する際に生じる。例えば、移動体ユーザーが２以上の方向性アンテナによりいつでも”可視”ならば、そのユーザーに割り当てられるスロットは対応する基地局のいずれによっても再使用されることができず、その結果使用可能な情報スロットが減少することになる。更に、ＴＤＤシステムであるセル内のハンドオフは、そのユーザーが異なるタイムスロットが割り当てられなければならず、それによりコントロール情報が増加するということを意味するので、従来の全方向性システムにおいてより意味あるように多くのハンドオフが存在しても良い。
【００４２】
ドロップされたパケットのランレングスを減らすために、循環インターリーブ及び／あるいは高速音声アクティビティ検出（ＦＳＡＤ）を使用することにより、本発明によりＳＴＤＤシステムで付加的な性能の改善が得られる。ＳＴＤＤシステムにおける循環インターリーブとＦＳＡＤは、「循環インターリーブとドロップパケットのランレングス減少を有する多重アクセスセルラー通信」という名称の米国特許 No. 5,602,836に開示されている。それは、引用によりここに組み込まれる。
【００４３】
本発明は、多重アクセスシステムのフレームスロットの割り当てのための多数の技術を提供する。他の実施例は、ユーザーに割り当てられるスロットが多数の使用可能な搬送波周波数の内の１つを表す周波数分割多重化（ＦＤＭ）システムを含んでいる。例が共有周波数分割二重化（ＳＦＤＤ）システムである。そのようなＦＤＭの実施例では、同じようなアンテナ構成が使用され、時間フレームは周波数フレームであると考えられても良い。ここで、フレームスロットは、例えば時間と周波数の両方を含むように意図されている。上記ＳＴＤＤ技術は、従って、ＦＤＭシステムにおいて混合ＣＣＩが実質的に減少されるような適切なフレーム周波数構成を提供するように当業者により容易に採用されることができる。
【００４４】
上記説明は、ＳＴＤＤ多重アクセス技術を組み込むセルラーネットワークにより一義的に本発明の利用性を示したが本発明の装置と方法は、同一チャンネル干渉が生じる無線通信システムで使用するのに適切であるということは理解されよう。多くの変更が、周波数再使用のルパターンと形式、指向性アンテナの数と形式、ある指向性アンテナへのフレームタイムスロットの割り当てとアンテナ回転角を含めて、示される構成になされることが可能である。示される構成のこれら、および他の変更は、当業者には容易に明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】セルラー通信システムの構成要素を示す。
【図２】従来のＴＤＭＡ／ＴＤＤフレームフォーマットを示す図である
【図３】従来のＴＤＭＡ／ＴＤＤ／ＳＡＤのフレームフォーマットを示す図である。
【図４】共有時分割二重化（ＳＴＤＤ）フレームフォーマットを示す図である。
【図５】本発明のフレーム内のスロット割り当てステップを示すフローチャートである。
【図６】例示的な無線ＳＴＤＤ通信システムにおける”混合”同一チャンネル混信（ＣＣＩ）を示す。
【図７】本発明による部分共有時分割二重化（ＰＳＴＤＤ）フレームフォーマットを示す図である。
【図８Ａ】本発明による１２０゜指向性アンテナと減少ＣＣＩを持つ例示的ＳＴＤＤセルラー通信システムを示す。
【図８Ｂ】図８Ａのシステムで使用するのに適するスロット方向フレーム構成を示す。
【図９Ａ】本発明による９０゜指向性アンテナと減少ＣＣＩを持つ例示的ＳＴＤＤセルラーシステムを示す。
【図９Ｂ】図９Ａのシステムで使用するのに適するスロット方向フレーム構成を示す。
【図１０Ａ】本発明による６０゜指向性アンテナと減少ＣＣＩを持つ例示的ＳＴＤＤセルラーシステムを示す。
【図１０Ｂ】図１０Ａのシステムで使用するのに適するスロット方向フレーム構成を示す。
【図１１Ａ】本発明によるセルラー通信システム内の例示的基地局上りリンクと下りリンク処理要素を示すブロックダイアグラムである。
【図１１Ｂ】本発明によるセルラー通信システム内の例示的基地局上りリンクと下りリンク処理要素を示すブロックダイアグラムである。
【図１２】本発明によるある指向性アンテナにフレームの一部を供給する際に含まれるステップを示す例示的フローチャートである。
【符号の説明】
６００，６１０セル
６０１，６１１全方向及び指向性アンテナ
６０４，６１４リンクパケットを持つフレーム
６０２，６１２移動体ユーザー
６３０電波
６０６，６１６相対パケット（上り、下り方向）

Claims

フレームのスロットで情報を通信するための通信システムであって、
第一のセルと関連付けられ、フレームのスロットを使用して前記第一のセル内のユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して前記第一のセルのユーザーから上りリンク情報を受信するように適合された第一の基地局であって、潜在的に干渉するアンテナを具備する第一の基地局と、
周波数再使用セルと関連付けられ、フレームのスロットを使用して前記周波数再使用セルのユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して前記周波数再使用セルのユーザーから上りリンク情報を受信するように適合された第二の基地局であって、潜在的に干渉されるアンテナを具備し、前記第二の基地局において、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信が、前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信と干渉し得る第二の基地局とを具備し、
前記セルの各々において、前記フレーム内の第一の部分のスロットは、上りリンク情報の通信のために予め割り当てられ、前記フレーム内の第二の部分のスロットは、下りリンク情報の通信のために予め割り当てられており、本通信システムはさらに、
前記潜在的に干渉するアンテナが、前記潜在的に干渉されるアンテナが上りリンク情報を受信する際のフレーム部分とは異なるフレーム部分で下りリンク情報を送信し、その結果、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信と前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信との間の前記干渉が減少するように、前記セルの各々で前記フレーム内の第三の部分のスロットを、前記セルの各々のユーザーからの要求に従って、上りリンク通信あるいは下りリンク通信のいずれかにダイナミックに割り当てるための手段を具備する通信システム。
第一のセルと関連し、フレームのスロットを使用して該第一のセルのユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して該第一のセルのユーザーから上りリンク情報を受信するように適合された第一の基地局を具備する通信システムにおいて、フレームの割り当てられたスロットで情報を通信する方法であって、
周波数再使用セルと関連付けられ、フレームのスロットを使用して該周波数再使用セルのユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して該周波数再使用セルのユーザーから上りリンク情報を受信するように適合され、潜在的に干渉されるアンテナを具備する第二の基地局を提供するステップを備え、前記第一の基地局は、前記第二の基地局の前記潜在的に干渉されるアンテナでの上りリンク情報の受信と干渉し得る、潜在的に干渉するアンテナを具備し、本方法はさらに、
前記潜在的に干渉するアンテナが、前記潜在的に干渉されるアンテナが上りリンク情報を受信する際のフレーム部分とは異なるフレーム部分で下りリンク情報を送信し、結果として前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信と前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信との間の前記干渉が減少するように、前記セルの各々で、
前記フレーム内の前記スロットの第一の部分を、上りリンク通信に予め割り当てるステップと、
前記フレームの前記スロットの第二の部分を、下りリンク通信に予め割り当てるステップと、
前記フレームの前記スロットの第三の部分を、前記セルの各々のユーザーからの需要に依存して上りリンク通信あるいは下りリンク通信のいずれかにダイナミックに割り当てるステップとを具備する方法。
あるシステムセルの基地局とそのセルのユーザーとの間でフレームのスロットで情報が送信される通信システムにおいて使用される装置であって、
フレームのスロットを使用して、前記あるセルの前記ユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して、前記あるセルの前記ユーザーから上りリンク情報を受信するように構成された前記あるセルのアンテナ手段であって、前記アンテナ手段は潜在的に干渉するアンテナを具備し、潜在的に干渉されるアンテナを有する周波数再使用セルにおいて、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信が、前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信と干渉し得る、アンテナ手段を具備し、
前記セルの各々において、前記フレーム内の第一の部分のスロットは、上りリンク情報の通信のために予め割り当てられ、前記フレーム内の第二の部分のスロットは、下りリンク情報の通信のために予め割り当てられており、本装置はさらに、
前記潜在的に干渉するアンテナが、前記周波数再使用セルの前記潜在的に干渉されるアンテナが上りリンク情報を受信する際の前記フレームのスロットとは異なる前記フレームのスロットで下りリンク情報を送信し、その結果、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信と前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信との間の前記干渉が減少するように、前記あるセルの前記ユーザーからの要求に従って、前記フレーム内の第三の部分のスロットを上りリンク通信あるいは下りリンク通信のいずれかにダイナミックに割り当てる手段を具備する装置。
前記アンテナ手段は、前記潜在的に干渉するアンテナを具備する指向性アンテナの組を具備し、前記指向性アンテナの各々は、前記第一の部分、第二の部分及び第三の部分のスロットの各々と関連付けられ、前記あるセルにおいて、前記指向性アンテナの各々は、他のセルにおける対応する指向性アンテナの各々と同じ方向に向けられる、請求項３に記載の装置。
前記ダイナミックに割り当てる手段は、前記指向性アンテナの内のどれが前記あるセルの特定ユーザーと通信するために使用されているかを識別するためのステータス情報を受信し、予め決められたスロット方向フレーム構成に従って前記特定ユーザーへのスロットの割り当てを行うように適合されたプロセッサを具備する請求項４に記載の装置。
あるシステムセルの基地局とそのセルのユーザーとの間でフレームのスロットで情報が通信される通信システムにおいて、前記スロットを割り当てる方法であって、
フレームのスロットを使用して、前記あるセルの前記ユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して、前記あるセルの前記ユーザーからの上りリンク情報を受信するように構成されたアンテナ手段を前記あるセルに提供するステップを備え、前記アンテナ手段は潜在的に干渉するアンテナを具備し、潜在的に干渉されるアンテナを有する周波数再使用セルにおいて、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信が、前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信と干渉し、
前記セルの各々において、前記フレーム内の第一の部分のスロットは、上りリンク情報の通信のために予め割り当てられ、前記フレーム内の第二の部分のスロットは、下りリンク情報の通信のために予め割り当てられており、本方法はさらに、
前記潜在的に干渉するアンテナが、前記周波数再使用セルの前記潜在的に干渉されるアンテナが上りリンク情報を受信する際の前記フレームのスロットとは異なる前記フレームのスロットで下りリンク情報を送信し、その結果、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信と前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信との間の前記干渉が減少するように、前記あるセルの前記ユーザーからの要求に従って、前記フレーム内の第三の部分のスロットを上りリンク通信あるいは下りリンク通信のいずれかにダイナミックに割り当てるステップを具備する方法。
前記アンテナ手段を提供するステップは、前記潜在的に干渉するアンテナを具備する指向性アンテナの組を提供することを具備し、前記指向性アンテナの各々は、前記第一の部分、第二の部分及び第三の部分のスロットの各々と関連付けられ、前記あるセルにおいて、前記指向性アンテナの各々は、他のセルにおける対応する指向性アンテナの各々と同じ方向に向けられる請求項６に記載の方法。
第一のセルと関連付けられ、フレームのスロットを使用して前記第一のセルのユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して前記第一のセルのユーザーから上りリンク情報を受信するように適合された第一の基地局であって、潜在的に干渉するアンテナを具備する第一の基地局を有するシステムにおいて、フレームのスロットで情報を通信するための装置であって、
周波数再使用セルと関連付けられ、フレームのスロットを使用して前記周波数再使用セルのユーザーに下りリンク情報を送信し、フレームのスロットを使用して前記周波数再使用セルのユーザーから上りリンク情報を受信するように適合された第二の基地局であって、潜在的に干渉されるアンテナを具備し、前記第二の基地局において、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信が、前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信と干渉し得る第二の基地局を具備し、
前記セルの各々において、前記フレーム内の第一の部分のスロットは、上りリンク情報の通信のために予め割り当てられ、前記フレーム内の第二の部分のスロットは、下りリンク情報の通信のために予め割り当てられており、本装置はさらに、
前記潜在的に干渉するアンテナが、前記潜在的に干渉されるアンテナが上りリンク情報を受信する際のフレーム部分とは異なるフレーム部分で下りリンク情報を送信し、その結果、前記潜在的に干渉するアンテナからの下りリンク情報の送信と前記潜在的に干渉されるアンテナの上りリンク情報の受信との間の前記干渉が減少するように、前記周波数再使用セルのユーザーからの要求に従って、前記フレーム内の第三の部分のスロットを上りリンク通信あるいは下りリンク通信のいずれかにダイナミックに割り当てるための手段を具備する装置。