JP4263355B2 - 切替アンテナを使用して送信ダイバーシティを得るための方法と装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、通常、送信局によりサービスされる一つ以上の受信装置へ情報を送信するための少なくとも2つのアンテナを有する送信局を使用する無線通信電話システムに関する。より詳しくは、本発明は送信局によって、サービスされる受信装置に、ダイバーシティ送信(diversity transmissions)を提供するための新規で改良された方法と装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
無線通信システムの逆方向リンクの性能が、多元送信パス(multiple transmission paths)を提供することにより向上することは、該分野でよく知られている。送信マルチパス(multiple transmissions paths)については、ダイバーシティ利得は、異なるパスからの位相調整された信号が受信される際に、それら位相調整された信号を結合することにより得られる。結合された信号は、除去不可能なレベルにフェードしそうにはない。それは、結合された信号中の深いフェードは、個々のパスのフェードが互いに整合される(aligned)時にのみ発生するからである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
例えば順方向リンク中の、基地局から移動局へのチャネル中で信号ダイバーシティを得ることはまた可能である。しかし、順方向リンク中で信号ダイバーシティを得ることは、逆方向リンク中でそれを得ることより難しい。なぜならば、移動装置は、できるだけ小さくかつシンプルでなければならないからである。デュアル移動受信アンテナは、世界のある一部の移動装置において、共通して使用される。例えば、日本において、デュアル受信アンテナをPDCシステムとともに使用することは普通である。大部分のそれらのアンテナは切替えられる（すなわち、信号は両方のアンテナにより同時には受信されない）。これは、フロントエンド・ハードウェアを共有するという長所を有する。しかし、両方のアンテナが同時に受信するケースほど良い受信にはならない。しかし、このアプローチは、より多くの移動受信機のコストを増加する。ただ一つの移動受信アンテナで順方向リンク上で送信ダイバーシティを得ることは、従来技術において、既知のいくつかの方法がある。符号分割多元アクセス（CDMA）通信リンク中の送信ダイバーシティを提供することにおける一つの考察は、各々の送信チャネルはチャネル間での干渉を減らすために、好ましくは各々の他のチャネルに対して直交(orthogonal)を維持するという事実である。1つのCDMAシステムは、「デュアル・モード・ワイドバンド・スペクトラム・セルラ・システム(Dual-Mode Wideband Spread Spectrum Cellular System)のための移動局-基地局適合標準と名付けられた、電子産業協会(Electronics Industry Association)標準TIA/EIA IS-95-Aに記載されている。
【０００４】
CDMAシステムにおいて、各々のチャネルは、直交符号（例えばウォルシュ符号）によって、互いのチャネルから区別される。それらの符号が直交を維持するために、送信パス遅延は、順方向リンク上で送信される各々のチャネルに関して相互に等しいことが必要である。順方向リンク上で送信されている多元チャネルを受信する時間の違いは、送信機と受信器の間で異なるアンテナから送信される、あるいは異なるパスを横断する異なるチャネルにより引き起こされることがありえる。1つのケースにおいて、順方向リンク信号は、各々のアンテナのために異なる搬送周波数を使用する多元基地局アンテナに送られることが可能である。信号が異なる搬送周波数にあるので、移動装置での受信信号はお互いに干渉しない。
【０００５】
加えて、異なる周波数は、特に周波数が広く分離される場合、異なるフェード特徴(fading characteristic)を有する。これは、異なるダイバーシティ・パスを提供するのを助ける。このアプローチが働く一方で、それは、異なるＣＤＭＡ搬送周波数が各々送信アンテナで使用され得るような、十分な帯域幅を必要とする。
【０００６】
他の従来技術方法において、順方向リンク信号の多元遅延バージョン(versions)は、単一のアンテナおよび搬送周波数で送信されることができる。遅延されたバージョンが十分な時間に分離される場合、フェードは異なるバージョンのために異なる。したがって、時間ダイバーシティが得られる。この方法は、CDMAシステムにおいて、マルチパス（multiple paths）がお互に干渉するという不利がある、なぜならば、遅延信号に対する遅れのない信号のウォルシュ符号が不整列のためにそれらは直交でないからである。移動リンクへ基地局が1つの解決できるパスを生成のみし、各遅延パス上でひとつのフィンガー(finger)を持つレーキ(rake)CDMA受信機が使われるときでも、各々のフィンガーに関する受信機は他の遅延信号の送信から干渉を受ける。
【０００７】
順方向信号は、また、直交波形を使用する同じ搬送周波数で多元基地局(multiple base station )アンテナに送られることが可能である。例えば、CDMAシステムにおいて、異なるウォルシュ符号は、多元アンテナに使うことができる。
【０００８】
送信アンテナがお互いに近く、かつ多元基地局アンテナから受信した基本パス(primary paths)上で送信される信号が時間整列されている場合、該信号は直交を維持する。したがって、小さい基本(primary)パス時間差を伴う、レーキのひとつのフィンガーに関する受信機は、他の基本パスから干渉を受けない。しかし、複数のパス、その各々は基地局から移動局への異なる遅延を有する、があるときには、それらのパスはお互いに直交するようには受信されないであろう。
【０００９】
これらの課題および欠陥は認識され、後述する方法で本発明により解決される。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、切替えられた符号チャネルが第１と第２のアンテナから交互に送信されるように、送信の間に2つのアンテナ間で合成信号の符号チャネルの一つ、いくつか又は全てを繰返し切り替えることにより、少なくとも第一及び第二のアンテナを有する基地局から受信局へダイバーシティ送信を提供する。好適な実施例に従って、基地局からのすべての符号チャネルは、基地局の第1のアンテナから受信装置に送信される。第1のアンテナからの情報の送信がスタートした後、第1のアンテナから受信装置への情報の送信は終わり、そして、基地局の第二アンテナから受信装置へのメッセージ情報の送信が開始される。第2のアンテナからのメッセージ情報の送信が始められたあと、第2のアンテナから受信装置へのメッセージ情報の送信は終わり、そして、基地局の第一のアンテナから受信装置へのメッセージ情報の送信が開始される。第１および第２のアンテナの間で切り替えるこの過程は繰り返される。好ましくは、該切り替えはウォルシュ符号の直交を維持するためにウォルシュ符号境界(Walsh code boundaries)上で発生する。長さを変化させるウォルシュ符号が使われる場合、該切り替えは好ましくは最も長いウォルシュ符号の境界で発生する。したがって、ウォルシュ符号は、第１および第２のアンテナの間で分け(split)られない。むしろ、送信信号が第二のアンテナに切り替えられる前に、全ウォルシュ符号は第一のアンテナから送信される。同様に、送信信号が第一のアンテナに戻るように切り替えられる前に、全ウォルシュ符号は第二のアンテナから送信される。該切り替えは、ひとつのブロックのインターリーブされたデータのサイズに関して比較的速く発生することを仮定するならば、該切り替えは、基地局から送信される符号化されそしてインターリーブされたメッセージ情報を受信するために受信装置の能力を改善するダイバーシティ送信を行う結果となる。該デコーダ決定が各アンテナからの混合信号に基づくように、インターリーバー(interleaver)は各アンテナ滞在期間中に符号化された記号を拡散する(disperses)。したがって、該デコーダが決定プロセスで使用する記号の間隔(span)を超えて、異なるアンテナからの異なるフェード特徴を持つ記号の混合が信頼できないときにのみ、デコーダ決定は信頼できない。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の特徴、目的および効果は、全体を通して対応して同じ参照が付された図面と関連してなされる以下の詳細な説明からより明らかになるであろう。
【００１２】
図面には、本発明の切替アンテナ・ダイバーシティ・システムが示されている。切替ダイバーシティ・システム10は、多元アンテナ（例えばアンテナ34、36）間で送信信号を切り替えることにより送信ダイバーシティを供する。一つの実施例に従って、一つの符号チャネルが切替えられる。他の実施例に従って、順方向リンクのいくつかの符号チャネルが一緒に切替えられる。また他の実施例においては、順方向リンクのすべての符号チャネルが一緒に切替えられる（すなわち、全順方向リンクが切替えられる）。2つのアンテナ34、36のみが図面を単純化するために示されているが、アンテナが互いに所定の距離内にあり、それらのアンテナからの受信信号が受信時に直交を維持することを可能とする（すなわち、各々のアンテナから受信機へのパス遅延に関する違いがあまり大きくない）との仮定の下で、いかなる数のアンテナもダイバーシティ・システム10の内で提供されることができること、及びここに記載されている多元アンテナ間で信号を切替える方法は、いかなる数のアンテナにも適用されることができることが、理解されるであろう。さらに、切替アンテナ・ダイバーシティ・システム10は、基地局から移動装置への送信に関して記載されているが、本発明の方法はいずれかの送信局からいずれかの受信装置への送信に適用されることができることが理解されるであろう。
【００１３】
TIA/EIA IS-25 95Aに対応するCDMAシステムに従って、基地局からの合成信号は、各符号チャネルが一つ以上の受信装置に向けられた多元符号チャネルから成っている。いくつかの利用可能なウォルシュ・チャネルのうちの1つで送信されるべき情報信号は、TIA/EIA IS-95-Aに記載されているような従来の方法において、エラー発見周期的符号冗長検査ブロック1により受信される。エラー修正エンコーダ終止符号(encoder tail)がブロック14に加えられる。符号化およびブロック・インターリービングは、それぞれ、ブロック16、18で送信信号上で実行される。公知技術であるように、1ブロックのデータのインターリービングは、バースト(bursty)エラーが該ブロック全体を通して分布されることを可能とする。そうすることにより、エラーはビタビ・デコーダのような、エラー修正装置により、より訂正可能である。送信信号は、直交Ｉ及びＱビット・ストリーム(bit stream)信号を提供するためにブロック20において、デマルチプレクスされる(demultiplexed)。パワー制御情報は、ブロック22でビット・ストリーム信号にパンクチャー(puncture)されることができる。結果としての送信信号は、各特定符号チャネルのためのミキサー24において、コード化されたウォルシュである。
【００１４】
結果としての信号は、有限のインパルス応答フィルタ(finite impulse response filters)26によってフィルターにかけられる。ウォルシュ符号は、ミキサー24とスイッチ28の両者に接続されたウォルシュ・ジェネレータ25により形成される。フィルターを通した信号は、スイッチ28に印加される。スイッチ２８は、フィルターを通した送信信号を、第１および第２の加算器27に交互に(alternately)接続する。これらの加算機は、他の符号チャネルのための他のスイッチ出力を結合する。加算機27の出力は、アップコンバータ30、32に接続される。ウォルシュ・ジェネレータ25はスイッチ28に信号を出力し、それはスイッチ28がウォルシュ符号境界(the Walsh code boundaries)で交互に変化することを可能とするように、ウォルシュ境界が生じる時を示す。図2は許される切換時間を示しており、それはウォルシュ符号境界301で生起する。アップコンバータ30、32からの切替られた信号は、アンテナ34、36により送信される。該スイッチは好ましくは、インターリーバ・ブロックのいくつかの部分が各アンテナ34、36から送信されることを確実にするレートで切り替わる。第二グループの符号チャネルが第二アンテナ３６から送信されていると同時に、第1のグループの符号チャネルは第1のアンテナ34から送信されることができるので、２台のアップコンバータおよび2台のパワーアンプ30、32に対する必要性が存在する。
【００１５】
代替の実施例においては、インパルス応答フィルタ26は、ダイバーシティ・インパルス応答スイッチ28の入力よりもダイバーシティ・スイッチ28の出力に加えられることが可能である。これは、送信信号のよりきれいなフイルタリングを可能とするが、インパルス応答フィルタ26の二倍の数を必要とする。いずれにせよ、移動装置は、切替アンテナ・ダイバーシティ・システム10の内で、パイロット・ウォルシュ・チャネル送信を受信し、そして処理するためのパイロット・フィルタを有することが好ましい。送信信号に関して要求されるPN拡散(The required PN spreading )は、アップコンバータ30、32内で実行されることができる。
【００１６】
本発明の方法を実施する時、ダイバーシイ・ スイッチ28は、アンテナ34、 36からの交互の送信のためにダイバーシティ・システム10のパスAとパスBに交互にインパルス応答フィルタ26の出力を印加する。34、36からの交互の送信は異なるフェード特性を有し、そして、それ故に、受信機装置のために要求される送信ダイバーシティを提供するために、受信装置で結合されることができる。本発明は、例示目的だけのために基地局により移動装置にダイバーシティ信号を供するためのシステムにおいて、開示されていることが理解されるであろう。本発明は、多元(multiple )移動装置アンテナを有する移動装置から、基地局または他の受信機への送信を含めて、いかなるダイバーシティ送信にも加えられることが可能である。
【００１７】
ダイバーシティ・スイッチ28により実行される切換およびコントローラ動作は、ダイバーシティ・システム10の多元アンテナパスへ交互に印加するパイロット及び送信信号のために適したいずれかのタイプの切替装置を使用して得ることができる。例えば、ダイバーシティ・スイッチ28は、従前のデジタル論理スイッチング回路により形成されることができる。ここにおいて、各アンテナに対応するデジタル・スイッチは交互に開閉される。本発明の代りの実施例において、パイロット信号は連続的に両方のアンテナ34、36に印加されることができる。そして、ダイバーシティ・スイッチ28の切換動作はトラヒック(traffic)信号上のみに実行されることができる。この方法は、2つのパイロット信号が直交し、それ故に、送信信号間での干渉を増やすことができる。加えて、切替動作は、切替えられたアンテナ・ダイバーシティ・システム10の内で、ウォルシュ符号化の他のレベルを含むことができる。
【００１８】
ダイバーシティ・システム10の多元パスへの信号の切替え速度はクリテイカルではない。切り替えは、ランダムでさえありえる。一般に、スイッチング・スピードがあまりに遅い場合、受信装置は異なるアンテナからの信号を追跡することがむずかしい。より速いスイッチング・スピードは、受信装置が異なるアンテナからの信号を追跡することをより簡単にする。しかし、切替速度があまりに速い場合、送信信号の周波数スペクトルは、隣接する搬送周波数上の信号との干渉を引き起こして拡張される(expanded)。本発明の好適な実施例において、アンテナ34、36の切替期間は、ウォルシュ・シーケンス期間の整数倍に等しく、そしてウォルシュ符号境界上で生起する。これは、チャネルの直交を維持する。3.6864Mチップ／秒(Mchips/s)のチップ・レートを有する切替アンテナ・ダイバーシティ・システム10において、好ましいアンテナ切替レートは、512チップ毎である。
【００１９】
さらに、アンテナ34、36間での切換が理想的である必要はないことが理解される。例えば、一つのアンテナによる送信が終止し、他からの送信が開始する時に、フィルタ26からの出力が次第に消えることは、アンテナ３４，３６からの送信の若干の重複を引き起こす。
【００２０】
本発明の他の実施例において、切替えは直ちに全順方向リンクでなされる。すなわち、順方向リンクを形成するすべての符号チャネルは、一緒に切替えられる。
【００２１】
全順方向リンクが一緒に切替えられる場合、1つのアップコンバータとパワーアンプのみが必要である。スイッチ28は、図３に示されるように、結合器(combiner)、アップコンバータ、及びパワーアンプ29（単純化のために1ブロックとして示されている）とアンテナの間に配置される。
【００２２】
図4は、第１および第２のアンテナを介して基地局から送信された信号と、移動局でのそれらの信号15の受信との関係を示している。401および403に示すように、移動装置は、移動装置内でレーキ(rake)受信器の第1と第3のフィンガーにおいて、第1の信号を受信する。同様に、移動装置は、移動装置内でレーキ受信器の第2と第4のフィンガー(finger )上で第2の信号を受信する。実際問題として、基地局アンテナは互いに十分近接され、パス遅延は二つのアンテナからほぼ同じである。これは、フィンガー1および3(および2および4)が、パス1および3および2および4の間で速く切替えられるフィンガーを持つ同じ物理的なフィンガーであることを可能とする。
【００２３】
好適な実施例に関する以前の説明は、いかなる当業者も本発明を作るかまたは使用することを可能にするよう提供される。これらの実施例に対する多様な変更態様は、それらの当業者にとって容易に明らかであり、そして、ここにおいて、定義される一般的な原則は、発明能力を使うことなく、他の実施例に適用されることができる。したがって、本発明はここに開示された方法と装置に限ることを目的としておらず、以下に記載される請求項に整合した最も広い範囲を与えられる。
【図面の簡単な説明】
図1は、送信するシステムのブロック図である。
図2は、全順方向リンクが第１および第２のアンテナの間で切替えられるシステムのブロック図である。
図3は、本発明の一実施例に従って許される切換時間を示す図である。
図4は、ふたつの基地局から送信され、そして一つの移動局で受信される送信信号の間の関係を示す図である。
【符号の説明】
１０…切替ダイバーシティ・システム，２４…ミキサー，３４…アンテナ，
３６…アンテナ

Claims (6)

1. 送信局と少なくとも一つの受信装置を有する無線電話システムにおいて、ここにおいて、該送信局はメッセージ情報を受信装置に送信するための少なくとも第１と第２のアンテナと、該第１と第２のアンテナにおいて符号化された記号を拡散するインターリーバーとを有している、送信局から受信局にダイバーシティ送信を提供するための方法、該方法は下記を具備する：
   （ａ）送信局の第１のアンテナから受信装置へメッセージ情報を送信する、
   （ｂ）第１のアンテナから受信装置への該メッセージ情報の送信を終止し、送信局の第２アンテナから受信装置へ該メッセージ情報の送信を開始する、
   （ｃ）工程（ｂ）の後で、第２のアンテナから受信装置への該メッセージ情報の送信を終止し、そして送信局内の第１のアンテナから受信装置への該メッセージ情報の送信を開始する、
   （ｄ）工程(ｂ）と（ｃ）を規則的間隔で繰り返すことにより、第１と第２のアンテナ間で繰り返し切り替える、ここにおいて、工程（ａ）と（ｃ）においてメッセージ情報は、第１のウォルシュ符号を使用して第１のアンテナから送信され、工程（ｂ）において該メッセージ情報は第２のウォルシュ符号を使用して第２のアンテナから送信され、第１のウォルシュ符号は第２のウォルシュ符号に直交している、ここにおいて該メッセージ情報は、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）変調を使用して第１と第２のアンテナから送信され、ＣＤＭＡチップレートは該ＣＤＭＡ変調と関連し、そして第１と第２のアンテナとの間の切替は、該ＣＤＭＡチップレートより遅いが、該インタリーバーのブロックのレートより速いレートで生起する。
2. 第１と第２のアンテナとの間の切り替えは、ＣＤＭＡ変調での各５１２チップ後に生起する、請求項１の方法。
3. 工程（ａ）は第１のアンテナ上でのみ送信局から受信装置へパイロット信号を送信することをさらに具備し、そして
   工程（ｂ）は、（ｂ）第１のアンテナから受信装置へのパイロット信号とメッセージ情報の送信を終止し、送信局の第２のアンテナのみから受信装置へ該パイロット信号と該メッセージ情報の送信を開始すること、を具備し、そして
   工程(ｃ)は、（ｃ）工程（ｂ）の後で、第２のアンテナから受信装置へのパイロット信号とメッセージ情報の送信を終止し、そして送信局の第１のアンテナのみから受信装置への該パイロット信号と該メッセージ情報の送信を開始すること、を具備する、
   請求項１の方法。
4. 工程（ａ）は、第１のアンテナ上でのみ送信局から受信装置へ第１のパイロット信号を送信し、第２のアンテナ上でのみ送信局から受信装置へ第２のパイロット信号を送信する、ここにおいて、第１と第２のパイロット信号は、工程（ａ）−（ｄ）間で連続して第１と第２のアンテナから各々送信されることを、さらに具備する、請求項１の方法。
5. 第１のアンテナから送信される第１のパイロット信号は第２のアンテナから送信される第２のパイロット信号に直交している、請求項６の方法。
6. 送信局と少なくとも一つの受信装置を有する無線電話システムにおいて、該送信局はメッセージ情報信号を受信装置に送信するための少なくとも第１と第２のアンテナと、該第１と第２のアンテナにおいて符号化された記号を拡散するインターリーバーとを有しており、
   （ａ）送信局内の第１のアンテナのみから受信装置へメッセージ情報を送信するための手段、
   （ｂ）第１のアンテナから受信装置へのメッセージ情報の送信を終止し、送信局内の第２のアンテナから受信装置へメッセージ情報の送信を開始するための第１の手段、
   （ｃ）第２のアンテナから受信装置へのメッセージ情報の送信を終止し、送信局内の第１のアンテナから受信装置へメッセージ情報の送信を開始するための第２の手段、及び
   （ｄ）終止させるための第１の手段と終止させるための第２の手段を交互に作動させるための切替手段、ここにおいて、該メッセージ情報は第１のウォルシュを有する第１のアンテナから送信され、該メッセージ情報は第２のウォルシュを有する第２のアンテナから送信され、
   そして、第１のウォルシュは第２のウォルシュに直交している、ここにおいて該メッセージ情報は、符号分割多元アクセス（ＣＤＭＡ）変調を使用して第１と第２のアンテナから送信され、ＣＤＭＡチップレートは該ＣＤＭＡ変調と関連し、そして第１と第２のアンテナとの間の切替は、該ＣＤＭＡチップレートより遅いが該インタリーバーのブロックのレートより速いレートで生起する、
   を具備する、送信局から受信装置へダイバーシティ送信を供する装置。

Images