JP4340291B2 - 受信局でのパイロット信号の時間的な経過特性に依存したデータ伝送方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線通信システムにおける送信局から受信局へのデータ伝送方法並びに相応する送信局に関する。

移動無線チャネルは、マルチパス伝播現象を特徴とする。すなわち、送信アンテナから放射された無線信号（すなわち電磁波に変調されて載せられた信号）は、種々異なる経路で送信アンテナから受信アンテナへ伝播する。従って、受信者には、それぞれ信号を搬送する複数の電磁波が到達し、種々異なる経路上での伝播時間の差によって、受信者の場所に応じて、建設的または破壊的な電磁波の相互作用が生じる。このようにして一方では特に良好な受信条件を伴う場所を有する定常的な無線領域が生じ、他方では、無線空白部（Funkloechern）（フェージングギャップ）が生じる。従って、居場所に応じて加入者局は良好にまたは不良に供給される、または完全に供給されない。

携帯電話システムにおいては通常であるように、受信者が無線領域に対して動く場合、この問題を解決するために種々異なる方法が公知である：速度が遅い場合（〜＜１０ｋｍ／ｈ）には、迅速な送信出力制御が使用される。速度が速い場合には、無線空白部の影響が、伝送されるべきデータのインターリービング（交互配置）によって補償される。これら２つの方法は例えば移動無線システムにおいて、ＧＳＭ（Global System for Mobile Communication）またはＵＭＴＳ（Universal Mobile Telecommunications System）規格に従って使用される。

しかし、非常に緩慢な、むしろ動かない加入者局（例えば携帯可能なコンピュータ）がデータを受信する場合、上述した方法は使用可能ではない。しかし、ＨＳＤＰＡ（High Speed Downlink Packet Access）と称される、ＵＭＴＳ規格内で設けられたデータ伝送の場合、殊に緩慢の加入者局および不動の加入者局に高いデータレートが供給されるべきである。このために、無線セルの全ての加入者局は、自身の無線チャネルを測定し、この測定値を、無線セルに給電する基地局に伝達する。基地局内に存在する計画機能によって、特に良好な無線チャネルを有する加入者局に無線リソースが所期のように割り当てられる。持続的に無線空白部内にある加入者局はこのようにして実質的に、無線供給から排除される。また無線チャネルのクオリティが低い加入者局は、無線チャネルのクオリティが高い加入者局の無線チャネルより、無線リソースが割り当てられる頻度が少ない。従って、ＨＳＤＰＡに使用される無線リソースの均一でない分配が生じる。無線伝送を保証する上述の方法（送信出力調整およびインターリービング）は有効ではない。なぜなら、ＨＳＤＰＡ用の迅速な送信出力調整は設定されておらず、一般的に僅かな加入者速度しか生じないからである。

従って本発明の課題は、定常的な加入者局が無線供給から排除されることを阻止し、使用可能な無線リソースが加入者局に均等に分配されることを保証する、無線通信システムにおける送信局から受信局への有利なデータ伝送方法並びに送信局を提供することである。

上述の課題は、独立請求項に記載された方法並びに送信局によって解決される。

本発明の有利な発展形態は従属請求項に記載されている。

無線通信システムにおける、送信局から受信局へデータ伝送するための本発明の方法では、送信局はアンテナ装置を使用し、データ伝送に対して、受信局の場所での電磁界強度の時間的な経過特性に依存して、送信局がデータを受信局へ伝送する送信時点を定める。ここでこのアンテナ装置は、受信局の場所で時間的に変化する電磁界強度を有する電磁界を生じさせる。

送信局は、時間的に変化する電磁界を生じさせることによって次のことを保証する。すなわち、受信局の場所で永久的な無線空白部が生じないことを保証する。さらに送信局は、送信時点を次のように定める。すなわち、できるだけ大きい電磁界強度が受信局の場所に存在する時点で、伝送データが受信局に到達するように定める。複数の受信局が、送信局の無線供給領域内に設けられている場合、当然ながら、各場所に、時間的に変化する電磁界が生成され、従って、全ての受信局に個々に送信時点が割り当てられる。この送信時点は、比較的高い電磁界強度（すなわち比較的高い質）を伴う、各データ受信を可能にする。全ての受信局に対して、最小値と最大値の間で変化する電磁界強度が形成されるので、全ての受信局に対して、その場所で高い電磁界強度が存在する時点が存在する。従って無線リソース、例えばＨＳＤＰＡに対して使用される無線チャネルは、均一に、無線供給領域内の全ての加入者局に分配される。

送信局は、受信局の場所での時間的な経過特性を、例えば、使用されている送信出力に基づいて、受信局の既知の地理的位置と関連して認識しており、並びに、電磁波の可能な伝播経路の特性を認識している。ここでこの電磁波は、受信局の場所で電磁界を生じさせる。送信局内では例えば、測定または論理的なモデルに基づいて求められた割り当て規則が知られている。この割り当て規則によって送信局は、各送信出力に、受信局の場所での（本発明の他の実施形態では場合によっては、その無線供給領域の各場所での）電磁界強度を割り当てることができる。

本発明の有利な発展形態では、送信局はデータ伝送前に受信局から少なくとも１つの情報を得る。この情報に基づいて、送信局は電磁界強度の時間的な経過特性を見積もる。この場合には電磁界強度の時間的な経過特性を見積もるために送信局内で事前に既知である割り当て規則はもはや必要とされない。その代わりにこの時間的な経過特性は、この情報に基づいて見積もりされる。

この情報から、少なくとも２つの時点での受信局によって受信された信号の質が得られるのは殊に有利である。受信信号のこの質は、受信局の場所の電磁界強度に比例する。従って、電磁界強度の時間的経過特性をあらわす関数の理論的な知識から（すなわち電磁界は確定的に変化する）、受信局の場所での電磁界強度の時間的経過特性の見積もりが、２つの時点にそれぞれ割り当てられた信号の質から定められる。

アンテナ装置が、受信局の場所で時間的に変化する電磁界強度を形成するために、少なくとも２つの、空間的に別個にされたアンテナから構成されるのは有利である。これらのアンテナはそれぞれ、電磁波を送出する。少なくとも２つの電磁波に対して種々異なる周波数を使用することによって、殊に５〜５０ヘルツの周波数差によって、および／または２つの電磁波の相対的な位相位置の時間的変化によって、例えば唯一のアンテナによって形成される定常的な電磁界の代わりに、いわゆる変化する電磁界が生じる。従って電磁界強度の時間的経過特性は、受信局の場所で理論的に既知である。すなわち電磁界強度は確定的（deterministisch）に変化する。電磁界が受信局の場所ないしは送信局の無線供給領域における各場所で変動する期間は、電磁波の周波数差の逆数によって、ないし２つの電磁波の間で相対的な位相変化が３６０°行われる時間によって固定される。５０ミリ秒の期間は例えば、２０ヘルツの周波数差の場合に生じる。当然ながら、変化する電磁界はアンテナ装置によっても形成される。これは２つより多いアンテナを有しており、従って、２つより多い電磁波を、アンテナ装置内で調整可能な周波数および位相位置を伴って送出する。

さらに、伝送されるべきデータが少なくとも２つの電磁波に、変調により載せられる（aufmoduliert）のは有利である。

本発明の有利な構成では、無線通信システムは移動無線システムである。

本発明に相応する送信局は、本発明による方法を実行するための全ての特徴を有している。本発明を以下で、図示された実施例に基づいて、より詳細に説明する。

限定はされるべきではないが、以下では受信局を加入者局と称する。加入者局は例えば携帯電話または、画像データおよび／または音データ伝送のため、およびファックス発送、ショートメッセージサービスＳＭＳ発送およびＥメール発送のため、およびインターネットアクセスのための場所移動式または場所固定式装置でもある。従ってこれは、無線通信システムの一般的な送信ユニットおよび／または受信ユニットである。

限定されるべきではないが、以下では送信局を基地局と称する。

本発明は有利には、任意の無線通信システム内で使用される。無線通信システムとは、次のようなシステムであると理解されたい。すなわち、その内部で局間のデータ伝送が無線インタフェースを介して行われるシステムである。データ伝送は、双方向でも単方向でも行われる。無線通信システムは殊に、例えばＧＳＭ規格またはＵＭＴＳ規格に従った任意の移動無線システムである。例えば第４世代の将来的な移動無線システムも、無線通信システムと理解されるべきである。

本発明を以下で、ＵＭＴＳ規格に従った移動無線システムの例に基づいて説明する。しかし本発明はこれに制限されるべきではない。

図には、概略的に基地局ＮｏｄｅＢが示されている。この基地局ＮｏｄｅＢは、図示されていない線路または無線接続を介して、中間接続されている局、例えば無線ネットワークコントローラ（ＲＮＣ：ラジオネットワークコントローラ）を用いて、固定網と接続されている。基地局ＮｏｄｅＢは、アンテナ装置ＡＶ並びに、このアンテナ装置をＡＶを制御する制御ユニットＰを有している。ここでこのアンテナ装置は２つのアンテナＡ１，Ａ２を有している。データを伝送するために、それぞれ２つのアンテナＡ１，Ａ２を有する基地局ＮｏｄｅＢは、搬送周波数を伴う電磁波を送出する。２つのアンテナＡ１，Ａ２の搬送周波数は、例えば５〜５０ヘルツだけ異なる。

２つの電磁波の周波数差によって、基地局ＮｏｄｅＢの無線供給領域ＦＢ内に、例えば唯一のアンテナによって形成される定常的な電磁界の代わりに、いわゆる変化する電磁界が生じる。すなわち、電磁界は時間的に無線供給領域ＦＢ内の各場所で変化する。ここ電磁界が基地局ＮｏｄｅＢの無線供給領域ＦＢ内の場所で変化する周期は、２つのアンテナＡ１，Ａ２の電磁波の周波数差の逆数（Kehrwert）に相当する。

僅かに異なる２つの搬送周波数の代わりに、基地局ＮｏｄｅＢは、当然ながら、２つのアンテナＡ１，Ａ２を共通の搬送周波数で作動させることもできる。この場合には同じように、変化する電磁界を形成するために、２つのアンテナＡ１，Ａ２の電磁波間の位相位置が時間的に変えられる。ミリ秒毎の７．２°の位相位置の時間的な変化は、例えば５０ミリ秒で３６０°の位相変化を生じさせる。このような位相変化は、位相位置が固定の場合の、２つの電磁波の２０ヘルツの周波数差に等しい。

２つの搬送周波数に変調により載せられて、基地局ＮｏｄｅＢはパイロット信号を、例えばいわゆるＣＰＩＣＨ（Common Pilot Channel）上で送信する。このパイロット信号は、基地局ＮｏｄｅＢの無線供給領域ＦＢ内の全ての受信局によって受信される。第１の場所Ｐ１に存在する第１の加入者局ＵＥ１は、時間的に変化する第１の電磁界強度を有するパイロット信号を受信する。これは表記Ｅ１（Ｐ１，ｔ）によってあらわされている。すなわち第１の電磁界強度Ｅ１は、第１の場所Ｐ１と時間ｔの関数である。第２の場所Ｐ２に存在する第２の加入者は、同じように第２の電磁界強度Ｅ２を有するパイロット信号を受信する。この第２の電磁界強度Ｅ２の場所依存性および時間依存性はこの図において、第１の電磁界強度Ｅ１の場合と同じように示されている。

２つの場所Ｐ１，Ｐ２での２つの電磁界強度Ｅ１，Ｅ２の最大値は、基地局ＮｏｄｅＢに対する第１ないし第２の加入者局ＵＥ１，ＵＥ２の距離に依存する。並びに伝播経路および、場所Ｐ１，Ｐ２に到達する電磁波の信号減衰に依存する。２つの電磁界強度Ｅ１，Ｅ２が２つの場所Ｐ１，Ｐ２で変動する期間は２つの場所Ｐ１，Ｐ２で同じであり、２つの搬送波の周波数差ＤＦの逆数に相当する。２つの場所Ｐ１，Ｐ２での、重畳された搬送波の電磁界強度Ｅ１，Ｅ２の時間的な経過は概略的に図示されている。

２つの加入者局ＵＥ１，ＵＥ２は、それぞれ第１の時点ｔ１'，ｔ２'および第２の時点ｔ１''およびｔ２''で、受信されたパイロット信号の質を定める。これは例えば信号ノイズ出力比である。２つの加入者局ＵＥ１，ＵＥ２はこれに続いてそれぞれ、情報をＩ１，Ｉ２を基地局ＮｏｄｅＢへ送る。この情報から、２つの時点ｔ１'，ｔ１''ないしｔ２'，ｔ２''での受信された各パイロット信号の質が得られる。基地局ＮｏｄｅＢでは、２つのアンテナＡ１とＡ２の間の周波数差ＤＦ、従って周波数供給領域ＦＢの任意の場所で電磁界強度が時間的に変化する期間が既知である。従って基地局ＮｏｄｅＢは、それぞれ２つの時点ｔ１'，ｔ１''ないしｔ２'，ｔ２''で既知の各パイロット信号の質に基づいて、第１の場所Ｐ１での第１の電磁界強度Ｅ１の時間的経過特性並びに第２の場所Ｐ２での第２の電磁界強度Ｅ２の時間的経過特性を見積もる。これに続いて、基地局ＮｏｄｅＢは、第１の加入者局ＵＥ１に対して第１の送信時点ｔ１を定める。この時点でデータＤ１が、例えば第１のトラフィックチャネル（ＴＣＨ：Traffic Channel）上でＨＳＤＰＡを用いて、第１の加入者局ＵＥ１へ伝送される。２つのアンテナＡ１，Ａ２は当然ながら、事前にＣＰＩＣＨ上でパイロット信号の伝送のために使用されたものと、同じ搬送周波数並びに同じ周波数差ＤＦで作動される。当然ながら、このパイロット信号を、第１のデータＤ１と同じチャネルで伝送することも可能である。例えば両方の場合において、ＣＰＩＣＨまたは第１のトラフィックチャネルが使用可能である。パイロット信号の代わりに、基地局ＮｏｄｅＢはトラフィックチャネル上でデータを２つの加入者局ＵＥ１，ＵＥ２に伝送することもできる。このデータの場合には、少なくとも２つの時点での受信クオリティが突き止められる。これによって、続いて、２つの場所Ｐ１，Ｐ２での第１および第２の電磁界強度Ｅ１，Ｅ２の時間的な経過特性を見積もり、後続のデータ伝送に対する各送信時点を定めることができる。

第１の時点ｔ１は次のように選択される。すなわち、値ｔ１+Δｔ１を有する第１の受信時点で、第１の場所Ｐ１で第１の電磁界強度Ｅ１のできるだけ大きな値が存在するように選択される。理想的にはこの受信時点は、第１の場所Ｐ１で電磁界強度が最大である時点である。上述したのと同じように基地局ＮｏｄｅＢは第２の送信時点ｔ２を定める。この送信時点で、基地局は第２のデータＤ２を第２の加入者局ＵＥ２へ伝送する。この第２のデータＤ２は、第２の加入者局ＵＥ２によって、値ｔ２+Δｔ２を伴う第２の受信時点で受信される。この時点では第２の場所Ｐ２で同じようにできるだけ大きな第２の電磁界強度Ｅ２が存在する。

２つの加入者局ＵＥ１，ＵＥ２の場所Ｐ１，Ｐ２で電磁界Ｅ１，Ｅ２がそれぞれ時間的に変化することによって次のことが保証される。すなわち、２つの加入者局ＵＥ１，ＵＥ２のどちらも永久的な無線空白部内に存在しないことが保証される。さらに、別の加入者局が自身の無線供給領域ＦＢ内に存在する場合、基地局ＮｏｄｅＢは、全ての加入者局に対して、各場所での電磁界強度の各時間的な経過特性を見積もることができ、従って使用可能な無線リソース、例えば、ＨＳＤＰＡによるデータ伝送に使用可能な無線チャネルが均一に全ての加入者局に分配される。

無線リソースは例えば、送信出力または送信時間インターバル並びにスプレッドコード（Spreizcodes）および／またはスクランブルコード（Verwuerflungscodes）である。これは無線インタフェース上の種々異なるチャネルおよび／または加入者局を分けるために使用される。

図に示された２つの加入者局は、この実施例では定常的に第１ないし第２の場所Ｐ１，Ｐ２に存在する。当然ながら本発明は、２つの加入者局が動く場合にも有利に使用される。

本発明の別の利点は、無線供給領域ＦＢ内の全ての加入者局の全体的なデータスループットを、使用可能な無線リソースを全ての加入者局に均等に分配することによって最大化することができることである。さらに基地局は次のように送信時点を選択することができる。すなわち、データパケットの伝送時に遅延時間が最小化されるように選択することができる。この遅延時間は、基地局ＮｏｄｅＢにおける緩衝記憶によって生じる。

概略的に基地局ＮｏｄｅＢを示す図

Claims (5)

1. 無線通信システムにおける送信局（ＮｏｄｅＢ）から受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）へのデータ伝送方法であって、
   前記送信局（ＮｏｄｅＢ）はアンテナ装置（ＡＶ）を使用し、当該アンテナ装置は、前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）の場所（Ｐ１，Ｐ２）で時間的に変化する電磁界強度（Ｅ１，Ｅ２）を伴う電磁界を生じさせ、
   前記アンテナ装置（ＡＶ）は、空間的に別個にされた少なくとも２つのアンテナ（Ａ１，Ａ２）から構成され、当該アンテナはそれぞれ電磁波を送出し、当該少なくとも２つの電磁波は異なる周波数を有しているか、または、当該少なくとも２つの電磁波の相対的な位相位置は時間的に変化し、
   前記送信局（ＮｏｄｅＢ）の制御ユニット（Ｐ）は、データ伝送前に、少なくとも２つの時点（ｔ１'，t１''，ｔ２'，ｔ２''）での前記受信局が受信した信号のクオリティをあらわす少なくとも１つの情報（Ｉ１，Ｉ２）を前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）から受信し、当該情報に基づいて送信局は前記電磁界強度（Ｅ１，Ｅ２）の時間的な経過特性を見積もり、
   前記制御ユニット（Ｐ）はデータ伝送に対して、前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）の場所（Ｐ１，Ｐ２）での、前記見積もられた電磁界強度（Ｅ１，Ｅ２）の時間的な経過特性に依存して、送信局が前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）へデータ（Ｄ１，Ｄ２）を伝送する送信時点（ｔ１，ｔ２）を定め、当該送信時点は、前記各場所で電磁界強度が最大である時点である、ことを特徴とするデータ伝送方法。
2. 前記少なくとも２つの電磁波の周波数は５〜５０ヘルツだけ異なる、請求項１記載の方法。
3. 前記伝送されるべきデータ（Ｄ１，Ｄ２）は、前記少なくとも２つの電磁波に変調により載せられる、請求項１記載の方法。
4. 前記無線通信システムは移動無線システムである、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 送信局（ＮｏｄｅＢ）であって、
   受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）の場所（Ｐ１，Ｐ２）で時間的に変化する電磁界強度（Ｅ１，Ｅ２）を有する電磁界を形成するアンテナ装置（ＡＶ）と、
   前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）の場所（Ｐ１，Ｐ２）での電磁界強度（Ｅ１，Ｅ２）の時間的な経過特性に依存してデータ伝送に対する送信時点（ｔ１，ｔ２）を定める制御ユニット（Ｐ）とを有しており、
   前記アンテナ装置（ＡＶ）は、空間的に別個にされた少なくとも２つのアンテナ（Ａ１，Ａ２）から構成され、当該アンテナはそれぞれ電磁波を送出し、当該少なくとも２つの電磁波は異なる周波数を有しているか、または、当該少なくとも２つの電磁波の相対的な位相位置は時間的に変化し、
   前記制御ユニット（Ｐ）は、データ伝送前に、少なくとも２つの時点（ｔ１'，t１''，ｔ２'，ｔ２''）での前記受信局が受信した信号のクオリティをあらわす少なくとも１つの情報（Ｉ１，Ｉ２）を前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）から受信し、当該情報に基づいて送信局は前記電磁界強度（Ｅ１，Ｅ２）の時間的な経過特性を見積もり、
   前記制御ユニット（Ｐ）はデータ伝送に対して、前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）の場所（Ｐ１，Ｐ２）での、前記見積もられた電磁界強度（Ｅ１，Ｅ２）の時間的な経過特性に依存して、送信局が前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）へデータ（Ｄ１，Ｄ２）を伝送する送信時点（ｔ１，ｔ２）を定め、当該送信時点は、前記各場所で電磁界強度が最大である時点であり、
   前記アンテナ装置（ＡＶ）は前記データ（Ｄ１，Ｄ２）を前記受信局（ＵＥ１，ＵＥ２）へ、前記送信時点（ｔ１，ｔ２）で伝送する、
   ことを特徴とする送信局。

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