JP4542221B2

JP4542221B2 - Ｓｔｔｄ及びｓｓｄｔを用いるセル選択

Info

Publication number: JP4542221B2
Application number: JP2000102826A
Authority: JP
Inventors: ジー、ダバクアナンド
Original assignee: テキサスインスツルメンツインコーポレイテツド
Priority date: 1999-02-26
Filing date: 2000-02-28
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2020-02-28
Also published as: EP1039658B1; EP1039658A3; JP2001057528A; DE60036973T2; EP1039658A2; DE60036973D1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は通信方式に対する広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）、更に具体的に言えば、ＷＣＤＭＡ信号の空間時間送信ダイバーシティを用いるサイト選択ダイバーシティ（ＳＳＤＴ）電力制御に関連する。
【０００２】
【従来の技術及びその課題】
現在の符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）方式は、各信号に固有の符号を割当てることによって、共通のチャンネルを介して異なるデータ信号を同時に送信することを特徴とする。この固有の符号は、データ信号の適切な受取り手を決定するため、選択された受信機の符号とマッチングされる。これらの異なるデータ信号は、地上クラッタ並びに予測し難い信号の反射のため、多重経路を介して受信機に到着する。受信機におけるこれらの多重データ信号の付加的な影響により、受信した信号の強度にかなりのフェージング又は変動が生じることがある。一般的に、多重データ経路によるこのフェージングは、送信エネルギーを広い帯域幅にわたって拡散することによって減らすことができる。この広い帯域幅により、周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）又は時分割多元接続（ＴＤＭＡ）などの狭帯域送信モードに比べて、フェージングが著しく減少する。
【０００３】
１９９８年４月２２日に出願され、参照のためここに引用した米国仮特許出願番号６０／０８２，６７１に記載されている次世代の広帯域符号分割多元接続（ＷＣＤＭＡ）通信方式に対し、新しい基準が絶えず出てきている。これらのＷＣＤＭＡ方式は、パイロット記号の助けを借りたチャンネル推定方式を伴うコヒーレント通信方式である。これらのパイロット記号は、範囲内のあらゆる受信機に対し、所定の時間フレームで四相位相変調された（Quadrature phase shift keyed）（ＱＰＳＫ）既知データとして送信される。フレームは不連続送信（ＤＴＸ）モードで伝搬し得る。音声トラフィックでは、ユーザが話すときにユーザ・データの送信が行われるが、ユーザが沈黙しているときはデータ記号の送信は行われない。パケット・データの場合も同様に、パケットを送る用意ができているときのみユーザ・データを送信する。フレームは、それぞれ０．６７ミリ秒の１５個の等しい時間スロットに分けられる。各時間スロットは等しい記号時間に更に分けられる。例えば、３０ KSPSのデータ速度で、各時間スロットは２０個の記号時間を含む。各フレームは、パイロット記号だけでなく、送信電力制御（ＴＰＣ）記号及び速度情報（ＲＩ）記号のような他の制御記号を含む。これらの制御記号は、データ・ビットと区別するためにチップとも呼ばれる多重ビットを含む。従って、チップ送信時間（Ｔ_c）は、記号時間速度（Ｔ）を記号内のチップの数（Ｎ）で割った数に等しい。
【０００４】
従来の研究で、多重送信アンテナは、狭帯域通信方式に対する送信ダイバーシティを増加することによって、受信を改善し得ることが判っている。「チャンネル推定を用いない送信ダイバーシティの新検出方式」という論文で、タロク（Tarokh）他は、ＴＤＭＡ方式のためのこのような送信ダイバーシティ方式を説明している。同じ考えが、アラムチ（Alamouti）の論文「無線通信のための簡単な送信機ダイバーシティ方式」にも記載されている。しかし、タロク他及びアラムチは、ＷＣＤＭＡ通信方式のためのこのような送信ダイバーシティ方式を教示していない。
【０００５】
通信方式における別の改善点は、サイト選択ダイバーシティ送信電力制御（ＳＳＤＴ）を含む。ＳＳＤＴについて、図７のフローチャートを参照して説明する。移動体受信機は、多数の基地局から頻繁に信号を受信する。移動体受信機は、各々の基地局に対し信号対干渉（ＳＩＲ）比を計算する。これらのＳＩＲ値は、移動体受信機の選択回路７２０に供給される。この選択回路は、フレーム毎に、最大ＳＩＲ値を有する基地局を決定し、この基地局の識別を制御ネットワーク６３０に送信する。この制御ネットワークはその後、次のデータフレームを、選択された基地局にのみ送信する。これにより、通信方式内の遅い対数正規のフェージング及び干渉が低減される。ＳＳＤＴは、更に、移動体受信機及びセル内の干渉も低減させる。
【０００６】
この簡略化された選択方式に関し、１つ又はそれ以上の基地局が送信ダイバーシティを利用するとき問題が生ずる。これは、良好なＳＩＲが、セル内の低減されたビット誤り率に対応しないためである。従って、ＳＴＴＤ又は他の送信ダイバーシティ方式による改善されたＳＩＲは、ダイバーシティをもたない他の基地局に比べて優れたビット誤り率を有し得る。従来の設計は、１つ又はそれ以上の基地局が送信ダイバーシティを利用するとき、ＳＴＴＤ基地局の選択に対する解決策を提供又は提言することができなかった。
【０００７】
【課題を達成するための手段及び作用】
上述の問題は、複数の遠隔送信機から複数の信号を受信し、複数の遠隔送信機のうち何れが送信ダイバーシティを用いるかを決定する工程を含む、通信回路を動作させる方法によって解決される。複数の信号のそれぞれの信号の信号強度が計算される。決定工程及び計算工程に応じて遠隔送信機の１つを選択する。
【０００８】
本発明は移動体受信機における干渉を低減させる。セル内の送信電力が低減される。
【０００９】
【実施例】
本発明は、図面を参照して以下の詳細な説明を読むことによって、更によく理解することができる。
【００１０】
図１について述べると、本発明の空間時間トランジット・ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）を用いる典型的な送信機の簡略ブロック図が示されている。送信機回路は、それぞれ導線１００、１０２、１０４、１０６でパイロット記号、ＴＰＣ記号、ＲＩ記号、データ記号を受ける。各々の記号は、後で詳しく説明するように、それぞれのＳＴＴＤエンコーダで符号化される。各ＳＴＴＤエンコーダが２つの出力信号を生成し、それらが多重化回路１２０に供給される。多重化回路１２０は、フレームのそれぞれの記号時間に各々の符号化記号を生成する。こうして各フレームの記号の直列シーケンスが各乗算回路１２４及び１２６に同時に供給される。チャンネル直交符号Ｃ_mは各記号で乗算され、選定された受信機に対して固有の信号を生成する。その後、送信のため、ＳＴＴＤ符号化されたフレームがアンテナ１２８及び１３０に供給される。
【００１１】
次に図２について述べると、パイロット記号の符号化のため、図１の送信機に用いることができる本発明のＳＴＴＤエンコーダにおける信号の流れを示すブロック図が示されている。パイロット記号は、後で詳しく説明するように、チャンネル推定及びその他の機能のために使うことができる所定の制御信号である。ＳＴＴＤエンコーダ１１２の動作を表１を参照して説明する。ＳＴＴＤエンコーダは、フレームの１６個の時間スロットの各々に対し導線１００に、記号時間Ｔにパイロット記号１１、記号時間２Ｔにパイロット記号Ｓ₁、記号時間３Ｔにパイロット記号１１、そして記号時間４Ｔにパイロット記号Ｓ₂を受ける。好ましくは３２ KSPSのデータ速度を有する本発明の第１の実施例では、ＳＴＴＤエンコーダが、表１の１６個の時間スロットの各々に対して、それぞれ導線２０４及び２０６に対応する２つのアンテナの各々に対し４つのパイロット記号のシーケンスを生成する。ＳＴＴＤエンコーダは、導線２０４の第１のアンテナに対し、それぞれ記号時間Ｔ−４Ｔにパイロット記号Ｂ₁、Ｓ₁、Ｂ₂及びＳ₂を生成する。同時にＳＴＴＤエンコーダは、第２のアンテナに対して導線２０６に、それぞれ記号時間Ｔ−４Ｔにパイロット記号
【外１】

を生成する。各記号は、実数及び虚数成分を表す２ビットを含む。アスタリスクは、記号の複素共役演算又は虚数部分の符号の変化を示す。従って、導線２０４の第１のアンテナに対する最初の時間スロットのパイロット記号の値は１１、１１、１１、１１である。導線２０６の第２のアンテナに対応するパイロット記号は１１、０１、００、１０である。
【００１２】
これらの記号のビット信号ｒ_j（ｉ＋τ_j）が、それぞれの経路２０８及び２１０に沿って直列に送信される。それぞれの記号の各ビット信号は、ｊ番目の経路に対応する送信時間τの後に続いて遠隔移動アンテナ２１２で受信される。信号は逆拡散器入力回路（図示せず）に伝搬し、それらはそこで、それぞれの記号時間にわたって加算され、前述したように、４つのパイロット記号時間スロットとＬ個の多重信号経路のｊ番目に対応する入力信号
【外２】

を生成する。
【００１３】
【表１】

【００１４】
各時間スロットに対するパイロット記号に対応する入力信号を数式５から８に示す。簡単にするため雑音項は省いてある。受信信号
【外３】

は、すべての時間スロットに対し記号時間Ｔに一定の値（１１，１１）を有するパイロット記号（Ｂ₁，Ｂ₁）によって生成される。従って、受信信号は、第１及び第２のアンテナに対応するそれぞれのレイリー・フェージング・パラメータの和に等しい。同様に、受信信号
【外４】

は、すべての時間スロットに対し記号時間３Ｔに一定の値（１１，００）を有するパイロット記号（Ｂ₂，−Ｂ₂）によって生成される。従って、第１及び第２のアンテナに対応するレイリー・フェージング・パラメータに対するチャンネル推定値は、数式９及び１０にあるように入力信号
【外５】

から容易に得られる。
【００１５】
【数１】

【００１６】
次に図３について述べると、遠隔移動受信機と共に用いることのできる本発明の位相補正回路の略図が示されている。この位相補正回路は、それぞれ記号時間２Ｔ及び４Ｔに入力信号
【外６】

を導線３２４及び３２６で受ける。各入力信号は、それぞれ数式６及び８に示すように、送信されたパイロット記号によって決められた値を有する。位相補正回路は、導線３０２に第1のアンテナに対応するレイリー・フェージング・パラメータ
【外７】

のチャンネル推定値の複素共役を受け、導線３０６に第２のアンテナに対応する別のレイリー・フェージング・パラメータ
【外８】

のチャンネル推定値の複素共役を受ける。入力信号の複素共役は、回路３０８及び３３０により導線３１０及び３３２にそれぞれ生成される。図示したように、これらの入力信号とその複素共役にレイリー・フェージング・パラメータ推定値信号を乗算して加算すると、数式１１及び１２にあるように、経路特有の第１及び第２の記号推定値がそれぞれ出力導線３１８及び３２２に生成される。
【００１７】
【数２】

【００１８】
次に、経路特有の記号推定値をレーキ結合回路４０４（図４）に供給して、個別の経路特有の記号推定値を加算すると、数式１３及び１４にあるように、正味のソフト記号又はパイロット記号信号が生成される。
【００１９】
【数３】

【００２０】
これらのソフト記号又は推定値は、経路ダイバーシティＬと送信ダイバーシティ２を提供する。したがって、ＳＴＴＤ方式の全ダイバーシティは２Ｌである。この増加されたダイバーシティは、ビット誤り率を小さくするのに非常に有利である。
次に、図４について述べると、本発明の閉ループ電力制御の位相補正回路（図３）を用いることのできる移動体通信方式の簡略図が示されている。移動体通信方式は、外部の信号を送信及び受信するアンテナ４００を含む。ダイプレクサ４０２は、アンテナの送信及び受信機能を制御する。レーキ結合回路４０４の多数のフィンガは、多数の経路からの受信信号を結合する。数式１３及び１４のパイロット記号信号を含むレーキ結合回路４０４からの記号は、ビット誤り率（ＢＥＲ）回路４１０とビタビ・デコーダ４０６に供給される。ビタビ・デコーダからのデコードされた記号は、フレーム誤り率（ＦＥＲ）回路４０８に供給される。
平均化回路４１２は、ＦＥＲとＢＥＲの一方を生成する。この選択された誤り率は、比較器４１６で基準回路４１４からの対応する目標誤り率と比較される。比較の結果は、回路４１８を介してバイアス回路４２０に供給され、導線４２４に信号対干渉比（ＳＩＲ）基準信号を生成する。
【００２１】
レーキ結合回路４０４からのパイロット記号は、ＳＩＲ測定回路４３２に供給される。これらのパイロット記号は、放送チャンネルに類似する共通のパイロット・チャンネルから得られる。ＳＩＲ測定回路は、受信したパイロット記号の平均値から受信信号強度標識（ＲＳＳＩ）推定値を生成する。また、ＳＩＲ測定回路は、多くの時間スロットにわたって、基地局及び他の移動体装置からの干渉信号の平均値から干渉信号強度標識（ＩＳＳＩ）推定値を生成する。ＳＩＲ測定回路は、ＲＳＳＩ信号とＩＳＳＩ信号との比からＳＩＲ推定値を生成する。このＳＩＲ推定値は、回路４２６で目標ＳＩＲと比較される。この比較結果は、回路４２８を介してＴＰＣコマンド回路４３０に供給される。ＴＰＣコマンド回路４３０は、遠隔の基地局に送信されるＴＰＣ記号制御信号を設定する。このＴＰＣ記号は、その後の送信において送信電力を好ましくは１ｄＢ単位で（by）増加又は減少させるように基地局に指示する。
【００２２】
次に図５について述べると、本発明の通信ネットワークにおける信号の流れを示すブロック図が示されている。通信ネットワークは、各遠隔基地局５０２−５０６に接続されるネットワーク制御ステーションを含む。ネットワーク制御ステーションは、基地局を介して所定の時間スロットにデータのフレームを送信及び受信する。ネットワーク制御ステーションは、電力制御や他の通信ネットワークとの通信を含む多くの他の機能を行なう。ネットワーク制御ステーションは、好ましくは、移動体装置が１つの基地局から別の基地局へ移動するときなどのソフト・ハンドオフ期間中に、移動体装置５１２とのＳＳＤＴ通信を開始する。このソフト・ハンドオフ期間には、移動体装置５１２が、それと通信する基地局５０２−５０６から１つを選択することが必要である。移動体装置は、ネットワーク制御ステーションから、それによって各基地局を識別し得るアクティブ・リストを受取る。さらに、移動体装置は、それぞれの基地局に対する送信ダイバーシティに関する情報を受取る。例えば、移動体装置は、基地局５０２がＳＴＴＤを用い、基地局５０４及び５０６がダイバーシティを用いないことを判定する。移動体装置は、各基地局に対して受信したパイロット記号からＳＩＲを計算し、基地局の１つを１次基地局として選択する。その後、移動体装置は、この１次基地局の識別を、基地局を介してネットワーク制御ステーションに逆送信する（５１０）。その後、ネットワーク制御ステーションは、選択された基地局を除く全ての基地局からの、次のデータ・フレームでの移動体装置５１２へのデータ記号の送信を終了させる。これにより、ソフト・ハンドオフ中の移動体装置における干渉が著しく減少する。
【００２３】
次に図６において、本発明の基地局選択を示すフローチャートが示されている。移動体装置は、ＳＳＤＴを開始するときにネットワーク制御ステーションからアクティブ・リストを受取る。移動体装置は、受信したパイロット記号からこのアクティブ・リストの各基地局に対するＳＩＲを計算する。各基地局に対するそれぞれのＳＩＲ信号は、導線６００−６０４を介して選択回路６２０に供給される。選択回路６２０は、各基地局に対応するダイバーシティ信号を導線６０６−６１０で受信する。これらのダイバーシティ信号は、それぞれの基地局が送信ダイバーシティを用いるかどうかを示す。選択回路は、導線６１２で基準信号ηを受信する。この基準信号がＳＩＲ及びダイバーシティ信号と共に用いられて、以下の表２に示すように、１次基地局を選択する。
【００２４】
【表２】

【００２５】
表２の記載事項は、基地局ＢＴＳｘとＢＴＳｙとの間の選択のそれぞれの条件を示す。しかし、これらの選択基準は、任意の数の基地局に一般的に適用できる。
送信ダイバーシティはＳＴＴＤとして示すが、任意の種類のダイバーシティに一般的に適用できる。ダイバーシティがない場合はノー・ダイバーシティ（ＮＤ）として示す。ＢＴＳｘとＢＴＳｙが同じダイバーシティを有するとき、選択回路６２０は、最大ＳＩＲを有する基地局を選択する。代わりに、基地局の１つが送信ダイバーシティを用いるとき、選択回路６２０は、それがダイバーシティを有さない対応基地局よりも大きなＳＩＲを有する場合、それを１次基地局として選択する。しかし、ダイバーシティを有さない基地局のほうが一層大きなＳＩＲを有する場合、ダイバーシティＳＩＲとノン・ダイバーシティＳＩＲとの差が導線６１２の閾値ηを越える場合にのみ、それが１次基地局として選択される。これは、送信ダイバーシティに有利になるように選択の偏りを提供する際に非常に利点がある。これは、ＳＴＴＤを用いたダイバーシティ・アンテナからの直交記号送信の改善された受信のために望ましい。
【００２６】
選択回路６２０が表２の選択基準に従って１次基地局を識別した後、移動体装置は、１次基地局の識別を、基地局を介してネットワーク制御ステーション５００へ逆送信する（６３０）。基地局５０２が選択される場合、ネットワーク制御ステーションはその後、次のフレームのための基地局５０４及び５０６から移動体装置５１２へのデータ記号の送信を終了させる（６４０）。移動体装置５１２に選定された全てのデータ記号は、次のデータ・フレームで基地局５０２によってのみ送信される。しかし、パイロット記号は各基地局に対して送信される。このように、移動体装置は、後続のデータフレームに対し、基地局選択プロセスを反復することができる。これにより、ソフト・ハンドオフ中の移動体装置における干渉が著しく減少する。さらに、選択基準に送信ダイバーシティを加えることにより、以下に詳細に説明するように、システム内の通信が著しく改善される。
【００２７】
次に図８について述べると、図９のシミュレーション結果のためのシミュレーション・パラメータを示す表が示されている。このシミュレーションは、基地局に関して３ kmphの徒歩移動のドップラー速度に基づく。ノン・ダイバーシティのシミュレーションは、３つの基地局が移動体装置にパイロット記号を送信することを考慮している。シミュレーションされた基地局の何れも送信ダイバーシティを用いない。従って、選択は最大ＳＩＲに基づく。ダイバーシティのシミュレーションは、３つの基地局が移動体装置にパイロット記号を送信することを考慮している。シミュレーションされた基地局の全てがＳＴＴＤを用いる。このため、基地局の選択は、同じく最大ＳＩＲに基づく。図９に関し、１０^-3符号化ビット誤り率（ＢＥＲ）に対し、ＳＴＴＤ及びＳＳＤＴの破線曲線は、ＳＳＤＴの実線曲線に比べて１．１ dBの改善を示す。このように、通信方式にＳＳＴＤと共にＳＴＴＤを含むことによって、通信が著しく改善される。移動体装置だけでなく、そのセル内の干渉も著しく低減される。更に、他の基地局からの干渉のない移動体装置により、改善されたソフト・ハンドオフ判定が迅速に成され得る。
【００２８】
本発明を好ましい実施例に関連して詳細に説明したが、この説明は例示のためであり、限定的な意味に解釈されることを意図するものではない。本発明の利点は、本発明の明細書を参照すれば当業者には理解され得るように、例えば、デジタル信号処理回路によって達成できる。更に、送信ダイバーシティをＳＳＤＴと組合わせる代替の形式の利点により、通信において対応する改善点が提供される。
【００２９】
本発明の概念は、移動体通信方式、及び移動体通信方式内の回路に具現化されることを理解されたい。更に、本発明の記述を参照すれば、本発明の実施例の詳細の多数の変更が当業者には明らかであることを理解されたい。このような変更及び付加的な実施例は以下の特許請求の範囲内にあることを考慮している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の空間時間送信ダイバーシティ（ＳＴＴＤ）を用いる典型的な送信機の簡略ブロック図。
【図２】図１の送信機に用いることができる本発明のＳＴＴＤエンコーダにおける信号の流れを示すブロック図。
【図３】受信機と共に用いることができる本発明の位相補正回路の略図。
【図４】図３の位相補正回路を有する受信機のブロック図。
【図５】通信ネットワークにおける信号の流れを示すブロック図。
【図６】本発明の基地局選択を示すフローチャート。
【図７】先行技術の基地局選択を示すフローチャート。
【図８】図９のシミュレーション結果のためのシミュレーション・パラメータを示す表。
【図９】ＳＳＤＴと、ＳＴＴＤ及びＳＳＤＴとを比較するシミュレーション。
【符号の説明】
５００ネットワーク制御ステーション
５０２，５０４，５０６遠隔送信機
５０８，５０９，５１４，５１６信号
５１２移動体装置

Claims

通信回路を動作させる方法であって、
複数の遠隔送信機から複数の信号を受信し、
前記複数の遠隔送信機の何れが送信ダイバーシティを用いるかを決定し、
前記複数の信号の各々の信号の信号強度を計算し、
前記決定工程及び計算工程に応じて１つの遠隔送信機を選択する、
工程を含む、方法。
請求項１に記載した方法であって、前記信号強度を計算する工程は、信号対干渉比を計算することを含む、方法。
請求項２に記載した方法であって、前記選択する工程は、前記複数の遠隔送信機から最大信号対干渉比を有する遠隔送信機を選択することを含む、方法。
請求項１に記載した方法であって、前記複数の遠隔送信機からの前記複数の信号がパイロット記号を含む、方法。
請求項１に記載した方法であって、更に、前記１つの遠隔送信機の識別（identity）を遠隔受信機に送信する工程を含む、方法。
請求項５に記載した方法であって、更に、前記送信工程に応じて、前記１つの遠隔送信機から複数のデータ信号を受信する工程を含む、方法。
請求項１に記載した方法であって、前記送信ダイバーシティが空間時間送信ダイバーシティである、方法。
請求項１に記載した方法であって、更に、基準値を前記複数の送信機の信号強度の間の差と比較する工程を含み、前記選択工程が前記比較工程を更に含む、方法。
通信回路を動作させる方法であって、
複数の送信機のそれぞれから複数の信号を送信し、
それぞれの送信機の送信ダイバーシティ及び信号強度に応じて、前記複数の送信機から選択された送信機の識別を受信し、
前記受信工程に応じて、前記選択された送信機から送信し、少なくとも他の送信機から少なくとも１つの信号を送信しない、
工程を含む、方法。
請求項９に記載した方法であって、前記複数の信号がパイロット記号を含む、方法。
請求項９に記載した方法であって、前記送信ダイバーシティが空間時間送信ダイバーシティである、方法。
請求項９に記載した方法であって、前記信号強度が信号対干渉比である、方法。
請求項９に記載した方法であって、前記選択された送信機から送信する工程は、データ記号を送信することを含み、少なくとも１つの信号を送信しないことは、少なくとも１つのデータ記号を送信しないことを含む、方法。
請求項９に記載した方法であって、更に、各々の前記複数の送信機からアクティブな送信機のリストを送信することを含む、方法。
請求項１乃至８の何れかに記載の方法であって、最も好適な信号強度を有する遠隔送信機が送信ダイバーシティを用いておらず、かつ、送信ダイバーシティを用いる、複数の遠隔送信機の一つがより小さな信号強度を有しており、前記最も好適な信号強度と前記より小さな信号強度の差が或るしきい値の範囲内である場合を除き、前記最も好適な信号強度を有する前記遠隔送信機が選択される、方法。
請求項９乃至１４の何れかに記載の方法であって、より小さな信号強度を有する、複数の送信機のうちの別の送信機が送信ダイバーシティを用いる一方で最も好適な信号強度を有する送信機が送信ダイバーシティを用いておらず、そして、前記最も好適な信号強度と前記より小さな信号強度との差が或るしきい値の範囲内にあって、前記別の送信機が前記選択された送信機である場合を除き、前記選択された送信機が前記それぞれの複数の送信機のうち最も好適な信号強度を有する、方法。