JP3957006B2 - 無線通信システムにおける移動局支援ハンドオフ - Google Patents
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Description
本発明は大気インターフェースにより信号が送信される無線通信システムに関し、特に、そのような無線通信システムにおける移動局支援ハンドオフ(mobile-assisted handoff:MAHO)測定の実行に関する。
無線通信では、システム帯域幅をチャネル化することで、複数の通信チャネルを提供している。チャネルの定義は、使用する多重アクセス機構の種類により異なる。周波数分割多元接続(FDMA)では、チャネルはシステムが使用できる周波数スペクトル全体の1サブセットを指す。したがって、各チャネルは異なった周波数を占めている。時分割多元接続(TDMA)では各周波数は幾つかのタイムスロットに分割され、チャネルは、それら1つ以上の特定タイムスロットを指す。符号分割多元接続(CDMA)では、拡散符号を使用して使用可能な帯域幅に情報信号を拡散し、チャネルは、接続に関連する情報記号の拡散及び復調に使用される特定の拡散符号を指す。拡散符号は、通常チップと呼ばれる一連の値で構成される。したがって、2進情報記号をCDMAシステムの大気インターフェースにより送信するためには、当該チャネルに選択された特定の拡散符号に従い、あるチップシーケンスまたは別のチップシーケンスのいずれかを送信すればよい。
場合によっては、FDMA/TDMA及びFDMA/CDMA等のように、幾つかのアクセス方式を組み合わせたハイブリッドシステムが存在する。FDMA/TDMAシステムでは、複数のFDMA周波数があり、各周波数は複数のタイムスロットの送信に使用される。FDMA/CDMAシステムでは、複数のFDMA周波数があり、各周波数は複数のコードの送信に使用される。ハイブリッドFDMA/TDMA/CDMAシステムも可能である。
使用する多重アクセス機構に関係なく、ユーザには通信目的のためのチャネルが割り当てられる。セルラー通信システムでは、ユーザは呼出し中にあるセルから次のセルへ移動しても構わない。呼出し品質を維持するために、ユーザとの無線通信をどの基地局から行うのが最適かにより、ユーザは幾つかに基地局からサービスを受ける。したがって、ある基地局から別の基地局への呼出しをハンドオフするための制御機構が備わっていて、この機構が、通常、ある通信チャネルから別の通信チャネルへの切替えを要求する。
従来、これらの制御機構は、基地局でのチャネルエネルギーまたは電力測定により得られた情報を基にして切替えを行う。この場合、ハンドオフの実行時期を決定するために走査受信装置を使用する。初期のセルラーシステムの一部ではFDMAアクセス機構を使用していたため、走査受信装置は異なった周波数を走査し、信号強度の測定を行った。その後、無線通信ネットワークの中央制御ポイントで複数基地局からの測定値を調べ、ハンドオフの実行時期及び場所を決定していた。これらの測定は、通信チャネルの片方のリンク、つまりユーザから基地局への上りリンク、に対してだけ行われていた。
最近では、デジタルセルラーシステムが配置され、下りリンク、つまり基地局からユーザ、でも測定が行われている。これらの測定はユーザの装置で行われ、制御チャネルを介して基地局へ送り返される。これらの測定は、移動局支援ハンドオフ(MAHO)測定を呼ばれる。MAHO測定は、これらのデジタルセルラーシステムがハイブリッドFDMA/TDMAであるため、経費の面から実現可能である。このように、移動局は通常、あるタイムスロットで下りリンク信号を受け取り、別のタイムスロットで上りリンク信号を送信する。しかし、これらのシステムで使用している各TDMAフレームには、通常、複数のタイムスロット(例えば、各フレームに6個または8個のタイムスロット)がある。これらの他のタイムスロットは、通常、上記で説明したように各種通信チャネルとして使用するように割り当てられている。したがって、FDMA/TDMAシステムにこの方法で接続すると、移動局は各フレームごとに複数のタイムスロット間、遊休状態になる。これらの遊休タイムスロットは、MAHO測定に使用可能である。したがって、移動局内の同じ受信装置ハードウェアは、下りリンク信号の受信とMAHO測定の両方に使用される。
しかし、この方法は、アクセス機構にTDMA構成要素が備わっていて、しかも、MAHO測定の実行に使用可能な遊休タイムスロットがあるシステムに限られる。そうでない場合、例えば、受信装置が常に下りリンクを監視していなければならない場合は、MAHO測定のために別個の受信装置が必要になる。これにより、ユーザ端末の価格は大幅に上昇し、サイズも大きくなる。したがって、無線通信端末でMAHO測定を実行するための効果的で価格性能比が優れた別の方法の必要性が生じている。
発明の開示
本発明は、無線端末でMAHO測定を実行するための効果的な方法を提供する。例示した実施例によれば、システム帯域幅全体を高速デジタル化に使用する信号処理の特定の時点で受信信号を分割する。この信号のスナップショットはデジタル化された後、チャネル化情報及び信号強度情報を提供するためにデジタルで処理される。次に、この情報はシステムへ送られ、ハンドオフ決定を行うために使用される。
本発明の1実施例によれば、受信信号処理経路の中間周波数生成装置の下流に、信号分割装置を挿入する。従来から、1つの信号コピーは従来通り処理し、端末のプロセッサに情報信号を提供している。別の信号コピーはデジタル化し、チャネル化し、信号強度(つまりビットエラーレート)を測定してMAHO測定情報を提供し、その信号を基地局へ送り返す。
MAHO測定情報を入手するための信号の各種処理技法を説明する。例示した1実施例では、チャネル化装置を用意し、測定対象チャネル(複数のこともある)を受信信号に含まれる他のチャネルと分離する。このチャネル化装置に適用される信号処理技法は、システムと関連する多元アクセス技法により異なる。次に、受信信号の大きさを決定して蓄積し、選択チャネルの信号強度を推定する。
別の実施例によれば、高速フーリエ変換(FFT)プロセッサを使用し、複数の周波数について周波数チャネル化データストリームを作成する。使用するアクセス方式により、FFTプロセッサの後段に抽出装置を設置し、TDMA及びCDMAアクセス構成要素等をサポートすることもある。上記で説明した実施例と同様、受信信号の大きさを決定して蓄積し、選択チャネルの信号強度を推測する。
【図面の簡単な説明】
本発明の目的、特長及び利点は、以下の詳細な説明と図面を参照することで、当業者は容易に理解できる。
図1は、基地局及び移動局の例を示すブロック図である。
図2は、実施例による端末を示すブロック図である。
図3は、本発明のよる例示した受信装置を示すブロック図である。
図4は、図3のMAHO装置を示すブロック図である。
図5は、図4のMAHOプロセッサを示すブロック図である。
図6は、MAHOプロセッサの別の実施例を示すブロック図である。
詳細な説明
本発明は、高速アナログ−デジタル変換技法及びデジタルシグナル処理を使用し、FDMA構成要素を有するアクセス機構を備えた無線通信システムの1つ以上のチャネルにMAHO測定を提供する。したがって、以下の説明は、FDMAシステムだけでなく、FDMA/TDMA/FDMA/CDMA及びFDMA/TDMA/CDMA等のハイブリッドシステムにも適用する。本発明による端末を説明する前に、全体の流れを理解できるように、以下に、セルラー無線通信システムを簡単に説明する。
図1は、基地局110と移動局120が含まれたセルラー無線通信システムの例を示すブロック図を表している。基地局には制御/処理装置130が含まれている。これは、移動体通信交換局(MSC)140に接続されていて、このセンタがさらにPSTN(図示されていない)に接続されている。このようなセルラー無線電話システムの一般的な態様は技術的には周知で、1992年10月27日に提出され、Wejke等に付与された米国特許5,175,867号「セルラー通信システムにおける隣接支援ハンドオフ(Neighbor-Assisted Handoff in a Cellular Communication System)」及び米国特許07/967,027号「多重モード信号処理(Multi-Mode Signal Processing)」に記述されている。これらは両方とも、本願に引用して援用する。
基地局110は、音声チャネルトランシーバ150を介して、1つ以上の音声チャネルを扱う。音声チャネルトランシーバ150は、制御/処理装置130により制御される。また、各基地局には制御チャネルトランシーバ160が組み込まれていて、複数の制御チャネルを処理できる。制御チャネルトランシーバ160は、制御/処理装置130により制御される。制御チャネルトランシーバ160は、当該制御チャネルにロックされている移動局に対し、基地局またはセルの制御チャネルを介して制御情報を同報通信する。トランシーバ150及び160は、同じ無線搬送周波数を共有するデジタル制御チャネル(DCC)及びデジタルトラフィックチャネル(DTC)等で使用できるように、音声及び制御トランシーバ170のように、単一の装置として実現できる。
移動局120は、制御チャネルで同報通信された情報を、音声/制御チャネルトランシーバ170で受信する。受信したら、処理装置180は受信された制御チャネル情報を評価する。この情報には、当該移動局のロック対象となる候補のセルの特性が含まれていて、移動局がロックするセルを決定する。移動局がトラフィックチャネルを介してシステムに接続すると、その移動局には、TIA/EIA/ IS−136等に記載されている高速関連制御チャネル(fast associated control channel:FACCH)または低速関連制御チャネル(slow associated control channel:SACCH)等を使用し、測定対象となるチャネルのリストが渡される。その後、MAHO測定値は基地局110に報告され、基地局ではその情報を使用してあるチャネルから別のチャネルへの移動局120のハンドオフを実行する。本発明によるこれらの測定を行うための構造及び技法を以下に説明する。
本発明による遠隔端末(例えば、移動局)の例を図2に示す。この図は、受信システム100を示したものである。システム100には、システムの周波数帯域幅の信号を受信するためのアンテナ102が含まれている。受信装置104は、各種増幅、ミキシング及びフィルタリングステージ及び信号復調機能を有していて、受信情報信号を作成する。受信装置のこれら機能上の性能は当業者には周知であるため、ここでは詳細に説明しない。MAHO装置106は受信装置104から中間信号を受け取り、この信号を処理してMAHO情報を作成する。次に、この情報は制御チャネルを介して基地局へ提供される。
システム100の例を図3に示す。アンテナ102からの信号は、まず、広帯域フィルタ202でフィルタされる。このフィルタは関連するすべての周波数を通過させる。次に、フィルタされた信号(つまり帯域幅が制限された信号)は低雑音増幅器(LNA)204で増幅される。次に、増幅された信号は周波数合成器208からの信号とミキサ206で混合される。その結果、混合された信号は所望の中間周波数(IF)になる。この混合信号を、分割装置(スプリッタ)210で2つのコピーに分割する。片方のコピーは狭帯域フィルタ212及び他の処理214によりフィルタされ、ここでさらに信号の増幅、混合及びフィルタが実行されて、最終的には信号を復調して情報信号を作成する。もう一方のコピーはイメージ除波フィルタ216でフィルタされた後、MAHO装置106へ送られる。このフィルタリングは、ミキサ206により作成された不要な信号イメージを除去するものである。ミキサ206がイメージ除波ミキサである場合は、イメージ除波フィルタ216を省略しても構わない。
MAHO装置106の例を、図4で詳細に説明する。受信装置からの信号はMAHOコレクタ306により収集される。このコレクタには、高速アナログ−デジタル(A/D)変換装置302が含まれていて、その後段にデジタルサンプルを記憶するためのバッファ304が備わっている。制御機構(これらの図には示されていない)は、所望の測定精度及び測定頻度に従い、サンプルの採取時期及び記憶数を決定する。一般的には、ごくわずかの信号を収集して処理する。この処理は、MAHOプロセッサ308で行われる。この処理により、1つ以上のMAHO測定値が得られる。
MAHOプロセッサ308の1実施例を図5に示す。デジタルサンプルはチャネル化装置402を通過し、その時、チャネル化装置が測定対象の特定チャネルを抽出する。測定対象チャネルの選択は、大気インターフェースを介して端末が受け取るチャネルのリスト等に基づいて行われる。チャネル化処理は、デジタルフィルタをデジタルサンプルに適用することで実行できる。デジタルフィルタは標準的な技法を使用して設計されていて、特定の周波数帯域、タイムスロット、CDMA符号、またはこれらの組合せをフィルタで取り除く。チャネル化された信号の大きさは装置404で二乗され装置406に蓄積され、信号強度の測定が行われる。各種チャネルの測定を行う場合、MAHOプロセッサ308は異なったチャネル化設定値を使用し、バッファに格納されているデータを再処理する。これらの各設定値は、測定対象となる各種チャネルに対応している。また、並列MAHOプロセッサを用意し、バッファに格納されているデータに操作を実行できる。
純粋なFDMAシステムでは、チャネル化装置402は所望の周波数帯域だけを通す。ハイブリッドFDMA/TDMAシステムでも、チャネル化装置は所望の周波数帯域だけを通すことができる。フレーム内のどのタイムスロットを選択するかが重要な場合、この選択は、MAHOコレクタ306またはチャネル化装置402自体で制御できる。例えば、スロット同期システムでは、測定用の特定タイムスロットの選択は役立つことがある。さらに、この選択は、異なったタイムスロットが異なったチャネルに対応している時は重要なことがある。例えば、制御チャネルがフレーム内の1つ以上のタイムスロットを占有しているデジタルトラフィックチャネルが同じフレーム内の1つ以上のタイムスロットを占有している場合、デジタルトラフィックチャネルに比べ、制御チャネルの受信信号強度が高くなる。このような場合、制御チャネルに関連するタイムスロットの測定を行うと、当該周波数の別のタイムスロットで送信するトラフィックチャネルの信号強度表示が不正確になる。ハイブリッドFDMA/CDMAシステムでは、チャネル化装置は所望のチャネル拡散符号を使用して復調処理も実行する。このような場合、ブロツク402内に内部バッファを設け、周波数チャネル化信号を復調装置の上流でその内部バッファに格納することが望ましい。これにより、複数の復調符号を使用できるようになる。記号同期化情報が使用可能な場合、情報信号期間ごとに1つの復調値を作成できる。使用不可能な場合は、チップ期間ごとに1つの復調値が作成できる。ハイブリッドFDMA/TDMA/CDMAシステムには、上記で説明した特徴の組合せ、例えば、復調とタイムスロット選択の両方、等が含まれる。
MAHOプロセッサ308の第2実施例を図6に示す。この実施例は、フィルタバンク理論を基にしている。この理論は、P.P.Vaidyanathan「多重システム及びフィルタバンク(Multirare Systems and Filter Banks)」Englewood Cliffs,NJ:Prentice-Hall,1993の第4章などで説明している。直並列変換装置502はデジタルサンプルの並列ストリームを作成する。これらはフィルタ504のバンクによりフィルタされる。フィルタされたストリームは高速フーリエ変換装置(FFT)プロセッサ506により処理される。この変換装置は、複数周波数の周波数チャネル化データストリームを作成する。多元アクセス機構によっては、さらにチャネル化処理を実行するために抽出装置508が必要になることもある。
例えば、純粋なFDMAシステムでは、抽出装置508を省略しても構わない。ハイブリッドFDMA/TDMAシステムでも、どのタイムスロットを測定するかが重要でないかまたはMAHOコレクタ306を制御して所望のタイムスロットからデータを取り出す場合は、抽出装置508を省略しても構わない。そうでない場合は抽出装置508を使用し、所望のタイムスロットに対応するサンプルだけを保存することができる。また、代替方法としては、直並列変換装置502にどのサンプルを渡すかを制御する方法もある。ハイブリッドFDMA/CDMAシステムでは抽出装置508に復調操作を組み込み、測定対象チャネルに対応する符号を持つ拡散スペクトル信号を復調する。同じ周波数帯域の複数のチャネルを測定するためには、抽出装置にさらにバッファ機構を組み込み、各種復調符号を試すことができるようになっている。
当業者には、他の変形例も明らかである。例えば、本発明によるハイブリッドFDMA/TDMA/CDMAシステムには、FDMA/TDMA及びFDMA/CDMAシステムの両方の要素が含まれる。チャネル化処理の一部として復調が必要で、タイムスロット選択が望ましい場合がある。MAHO測定が連続チャネルで必要ない場合は、FFTプロセッサ506はすべての出力の1サブセットだけを出力するようにしてもよい。その結果、FFTプロセッサ506は簡素化される。
チャネル化装置402またはFFTプロセッサ506を実現する時、どの周波数が周波数合成器208により生成されたかに関する制御情報を受信装置から渡すようにしてもよい。この周波数により、MAHO装置入力信号のスペクトルにおける測定対象チャネルの位置が決定される。
MAHO装置は、受信装置内の他の点でもよい。例えば、LNA204の直後でミキサ206の前でもよい。
上記の実施例は、すべての点で、本発明を説明するものであり、制限するものではない。したがって、本発明は、ここで述べて説明から当業者が導き出す詳細な実現方法の各種変形例も可能である。上で述べた本発明の実施例が適用される応用例は、多元アクセス機構が使用されていてもその多元アクセス機構に遊休状態の移動体受信装置がMAHO測定値を受け取る場合に使用するTDMA構成要素が存在しない場合であったが、当業者は、他の応用例も可能であることに気付であろう。たとえば、移動局が高速レートで受信して下りリンクの帯域幅を拡張するTDMAシステムでは、各フレームのすべてのタイムスロットを使用して当該移動局との通信のサポートに使用することもできる。例えば、IS−136では、6つのすべてのタイムスロットで移動局に情報を送信すれば、3倍速の下りリンクチャネルが提供可能である。これは、移動局とインターネット間の接続等、データ通信等では望ましい場合がある。このような場合、移動局は情報信号受信で完全に占有されるが、本発明を使用してMAHO測定を提供できる。
別な例は、フルレートで実行するTDMA通信である。この場合、移動局は各フレームの全タイムスロットのサブセット受信時には受信だけを行うが、遊休タイムスロット時には受信装置速度を低下させ本発明を使用してMAHO測定を実行することが望ましい場合である。このようなすべての変形例は、以下の請求項で定義している本発明の範囲及び趣旨に含まれるものと考えられる。
Claims (22)
- 通信端末において、
無線信号を受信及び処理して、複数チャネルを含む2つの多重チャネル信号を生成する無線信号受信/処理手段と、
前記2つの多重チャネル信号のうち第1の多重チャネル信号に含まれる単一チャネルに対応する復調信号を生成する復調手段と、
前記2つの多重チャネル信号のうち第2の多重チャネル信号のデジタルサンプルを作成する作成手段と、
前記デジタルサンプルから少なくとも1つのチャネルを抽出する抽出手段と、
前記少なくとも1つのチャネルのエネルギーを測定する測定手段と、
を構え、
前記単一チャネルおよび前記少なくとも1つのチャネルは異なる周波数と関連付けられることを特徴とする通信端末。 - 請求項1に記載の通信端末において、前記受信/処理手段は前記無線信号の2つにコピーして前記第1の多重チャネル信号および前記第2の多重チャネル信号を作成するための分割装置をさらに備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項2に記載の通信端末において、前記第1の多重チャネル信号を受信して、前記単一信号チャネルに関連する周波数サブセットを通す狭帯域フィルタをさらに備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項2に記載の通信端末において、前記第2の多重チャネル信号を受信するイメージ除波フィルタをさらに備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項1に記載の通信端末において、前記作成手段はA/D変換装置であることを特徴とする通信端末。
- 請求項1に記載の通信端末において、前記抽出手段は、チャネル化装置をさらに備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項1に記載の通信端末において、前記複数のチャネルの少なくとも1つはTDMA構成要素を備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項1に記載の通信端末において、前記複数のチャネルの少なくとも1つはCDMA構成要素を備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項1に記載の通信端末において、前記抽出手段は、高速フーリエ変換プロセッサをさらに備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項9に記載の通信端末において、前記作成手段は、前記複数のチャネルの少なくとも1つを前記デジタルサンプルからさらに分離する少なくとも1つの抽出装置を、前記高速フーリエ変換プロセッサの下流にさらに備えることを特徴とする通信端末。
- 請求項10に記載の通信端末において、前記少なくとも1つの抽出装置は、前記高速フーリエ変換プロセッサの出力から希望するタイムスロットを分離するように動作することを特徴とする通信端末。
- 請求項10に記載の通信端末において、前記少なくとも1つの抽出装置は、前記高速フーリエ変換プロセッサの出力と拡散符号とを関係付けるように動作することを特徴とする通信端末。
- 請求項1に記載の通信端末において、
大気インターフェースにより前記測定手段による測定値を送信する手段をさらに備えることを特徴とする通信端末。 - 少なくとも1つのチャネルについて信号強度を測定する方法において、
複数チャネルを含む、受信信号の第1及び第2のコピーを生成するステップと、
前記第1のコピーを処理して第1のチャネルに関する情報信号を入手するステップと、
前記第2のコピーをデジタル化してデジタルサンプルを作成するステップと、
前記デジタルサンプルから前記少なくとも1つのチャネルを抽出するステップと、
前記少なくとも1つのチャネルの信号強度測定値を入手するステップとを備え、前記第1のチャネルと前記少なくとも1つのチャネルは異なった周波数に関連していることを特徴とする方法。 - 請求項14に記載の方法において、前記第1のコピーを処理する前記処理ステップは、
前記第1のコピーをフィルタリングして前記第1のチャネルに関連する周波数帯域を入手するステップと、
前記入手した周波数帯域を復調して前記情報信号を入手するステップとをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項14に記載の方法において、前記デジタルサンプルを作成するステップは、
前記デジタルサンプルをバッファ入力するステップをさらに備え、
前記少なくとも1つのチャネルを抽出するステップでは、前記バッファ入力されたデジタルサンプルから前記少なくとも1つのチャネルが抽出され、
前記少なくとも1つのチャネルの信号強度測定値を入手するステップは、前記抽出されたデジタルサンプルを処理するステップをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項16に記載の方法において、前記少なくとも1つのチャネルの信号強度測定値を入手するステップは、
前記抽出されたデジタルサンプルの二乗値の大きさを決定するステップと、
前記二乗値を累積するステップとをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項16に記載の方法において、前記少なくとも1つのチャネルを抽出するステップは、
周波数、時間及び拡張符号のいずれか1つに基づき、前記バッファ入力されたデジタルサンプルをチャネル化するステップをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項16に記載の方法において、前記少なくとも1つのチャネルを抽出するステップは、
高速フーリエ変換プロセッサを使用して前記バッファ入力されたデジタルサンプルを処理して前記バッファ入力されたデジタルサンプルを周波数で分離するステップをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項19に記載の方法において、前記少なくとも1つのチャネルを抽出する抽出するステップは、
希望するタイムスロットに基づき、前記バッファ入力されたデジタルサンプルから前記少なくとも1つのチャネルを抽出するステップをさらに備えることを特徴とする方法。 - 請求項19に記載の方法において、前記少なくとも1つのチャネルを抽出する抽出するステップは、
希望する拡張符号に基づき前記バッファ入力されたデジタルサンプルから前記少なくとも1つのチャネルを抽出するステップをさらに備えることを特徴とする方法。 - 通信端末において、
送信信号を受信し、前記送信信号を処理して、複数チャネルを含むフィルタされた多重チャネル信号を作成し、該多重チャネル信号から情報信号を生成する受信装置と、
前記多重チャネル信号のコピーを生成する分割装置と、
前記コピーのデジタルサンプルを使用し、異なった周波数に関連付けられている少なくとも2つのチャネルについてエネルギー測定値を生成するプロセッサとを備えることを特徴とする通信端末。
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