JP4573430B2

JP4573430B2 - セルラ無線通信ネットワークとこのネットワークを動作させる方法

Info

Publication number: JP4573430B2
Application number: JP2000386403A
Authority: JP
Inventors: レザカリミハミッド; クツミンクキーアレクサンダー; ルシーカルロ; サンデルマグナス; エドワードストラウチポール; ヤンラン−ホン
Original assignee: アルカテル−ルーセントユーエスエーインコーポレーテッド
Priority date: 1999-12-21
Filing date: 2000-12-20
Publication date: 2010-11-04
Anticipated expiration: 2020-12-20
Also published as: JP2001218257A; KR20010062595A; AU748151B2; US20010046882A1; EP1111948B1; KR100397401B1; DE69938185D1; CA2325650A1; CN1301124A; EP1111948A1; DE69938185T2; BR0005869A; AU7228100A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セルラ無線通信ネットワークと、このネットワークを動作させるプロトコルとコンピュータプログラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明を時分割多重アクセスネットワークを例に説明する。本発明は、他の種類のネットワークにも一般的に適用できる。ＧＳＭのようなＴＤＭＡ移動無線システムにおいて、空間分割多重アクセス（space division multiple access：ＳＤＭＡ）素子は、周波数の再利用及びスペクトラムの効率的な使用を提供できる。これに関しては、C. Farsakh, J. A. Nossek, 著の“Application of Space Division Multiple Access to mobile radio”, in Proc. PIMRC, pp. 736-739, 1994. を参照のこと。
【０００３】
移動局は、アンテナダイバシティあるいはより高級なイコライザを必要とすることなく、ＳＤＭＡの構成素子による影響を受けない。さらにハードウェアおよびソフトウェアを付加することは、アンテナ列を具備した基地局には制約となる。このアンテナ列を用いて、空間ビームフォーミングあるいは空間−時間信号処理の手段によりコヒレントなマルチパス環境において、ウェブフロントを分離している。ＳＤＭＡユーザが同一の物理的チャネルを共有するようにする従来の方法は、異なるシグニチャー（トレーニングシーケンス）をセル内の異なるユーザに割り当てることである。これらのトレーニングシーケンスは、アップリンクで背伝送チャネルおよび／またはウェブフロントの到着方向（direction-of arrival：ＤＯＡ）を予測するのに用いられている。その後この情報は、ダウンリンクでビームフォーミングを形成するよう用いられる。これに関しては、C. Farsakh, J. A. Nossek, 著の“Application of Space Division Multiple Access to mobile radio”, in Proc. PIMRC, pp. 736-739, 1994. と、P. E. Morgansen, P. Zetterberg, H. Darn, P. Leth-Espensen, F. Frederiksen, 著の“Algorithns and antenna array recommendations (Part 1)”, Technical Report TSUNAMI II ACO201AUC/A1.2/DR/P/OO5/b1, May 1997, と、Z. Avonar, P. lung, L. Kamrnerlander, (Editors), 著の“GSM evolution towards 3rd generation systems”, Kluwer Academic Publishers, Boston/Dordreht/London,1999. を参照のこと。
【０００４】
この公知の解決方法は、ＧＳＭシステムに直接適用できるものではない。所望のユーザと共通チャネル干渉との間を区別するために、８個の異なるトレーニングシーケンスがＧＳＭの通常のバーストに対し特定される。これに関しては、GSm 03.03 (ETS 300 927), “Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Numbering, addressing and identification”; and GSM 05.02 (ETS 300 574), “Digital celluler telecommunications system (Phase 2+); Multiplexing and multiple access on the radio path”. を参照のこと。
【０００５】
トレーニングシーケンスの選択は、基地局識別コード（Base Station Identity Code：ＢＳＩＣ）の一部であり、トレーニングシーケンスの番号はセル内のすべてのチャネルに対し共通である。この問題の解決方法は、前掲のP. E. Morgensen, P.とZ. Zvoner, P. lung, に記載されている。
【０００６】
この方法により、異なるシグニチャーをＧＳＭシステムのＳＤＭＡユーザに割り当てることが可能となる。この場合、ＳＤＭＡ基地局を具備する単一の物理的セルは、数個の論理ＧＳＭセルに分割される。この解決方法の欠点は、現在のＧＳＭ仕様と適合しないことである。そのため、基地局サブシステム（Base Station Sub-System：ＢＳＳ）のソフトウェアに対する変更および標準の修正が必要となる。さらにまた限られた数のトレーニングシーケンスが利用可能となると、上記のアプローチは、異なるトレーニングシーケンスを同一周波数を使用する近隣のすべてのセルに割り当てることが不可能となるような状況となる。そのため、共通セルユーザ間を区別することは、セル間干渉に関する脆弱性が増加して初めて達成できることになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来技術に対し、時分割多重アクセスのセルラ無線通信ネットワークが存在し、このネットワークにおいては物理的チャネルが同一セル内で再利用され、そしてアップリンク上の再使用されたチャネルは、それらの間に設けられたタイムシフトにより区別される。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、同一セルの再使用（Same cell reuse：ＳＣＲ）は、同一の物理的チャネルを共有するＳＤＭＡユーザに対し異なるシグニチャーを割り当てることなく、ＴＤＭＡ（ＧＳＭ）システムで実現することができる。本発明は、アップリンク上のＳＤＭＡユーザ間にタイムシフトを導入することである。
【０００９】
この再使用されたチャネルは、共通クロック信号を利用する。チャネルを再使用する（基地局）に対するタイミングアドバンス情報は、ダウンリンク上で送信される。再使用されたチャネルはすべて同一のシグニチャーを利用する。
【００１０】
本発明は、時分割多重アクセスのセルラ無線通信ネットワークの方法に拡張でき、このネットワークにおいては物理的チャネルは、同一セル内で再使用され、アップリンク上の再使用されたチャネルは、それらの間のタイムシフトにより区別される。さらにまた本発明は、上記に述べた方法を実行するプロトコルおよびコンピュータプログラムまで拡張できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
二人のユーザ１、２の場合に本発明により変更された伝送プロトコルの例を図１に示す。タイムシフトは、伝搬チャネル内の時間遅延の長さ以上であり、別のユーザからのパス内の伝搬遅延がその信号の同時到着を引き起こさないようにする。
【００１２】
この遅延は、隣接バーストからの干渉により導入される性能の劣化を回避するために、ガードインターバルの継続時間を大幅に超えることはない。（図１のユーザ１、２に対する干渉）。
【００１３】
実際にはこのタイムシフトは、基準クロック内に位相差を導入することにより達成できる。基準クロックは、共通のタイムスロット内で移動局ユーザの共通セルチャネルを同期化するものである。各ＳＤＭＡユーザに対して、基地局は、基準クロックを独自にタイムシフトしたバーションに基づいて、タイミングアドバンス情報を生成し、かくして移動局のそれぞれ位置に起因する異なる往復遅延を補償する。各ユーザのバーストの到着時間の許容差は、GSM05.10 (ETS 300 579), “Digital celluler telecommunications system (Phase 2+); Radio subsystem synchronisation”. に詳細に説明されている。
【００１４】
タイムシフトしたプロトコルはアップリンクで採用され、ダウンリンクは、全てのＳＤＭＡユーザに対し同一の基準クロックで支配される。これにより、セル内で、１つの共通の放送信号処理（放送制御チャネル（broadcast control channel (BCCH)）,周波数修正チャネル（frequency correction channel (FCCH）, 同期チャネル（synchronisation channel (SCH)）の伝送が可能となる。これに関しては、ＧＳＭ０５．０２（ＥＴＳ３００５７４）”Disital celluar telecommunication system (Phase 2+) ; Multipexing and multiple access on the
radio path" を参照のこと。
【００１５】
タイムシフトした伝送が行われると、従来の空間または空間−時間処理が、処理インターバル（図１）に基づいて行われ、チャネル／ＤＯＡを予測し、送信されたデータを再生する。標準の最小二乗アルゴリズムにより調整された空間−時間フィルタの利用例を、通常のＧＳＭ都市部（伝搬チャネルの長さが約４シンボル）を例に図２に示す。共通のＧＳＭトレーニングシーケンス番号０の２人のＳＤＭＡユーザの場合における、生のＢＥＲは異なる値のタイムシフトに対し示される。結果は、一波長分だけ離間した４個の素子からなるアンテナ列でもって得られる。図２は、両方のユーザが再生され、タイムシフトの最適値が、ガードインターバルの持続時間（８シンボル）に近い場合を示す。
【００１６】
ＧＳＭシステムで提案された解決方法の実行例を、図３、４に示す。参照として図５は、現在のＧＳＭ基地トランシーバ局（base transceiver station：ＢＴＳ）のアーキテクチャーを示す。図５おいては、１本あるいは複数本のアンテナ６が、各ＧＳＭキャリアに対しアップリンクで用いられる。各アンテナ６が受信した信号はデュプレクサ８を介して受信器１０に送られ、そこでフィルタ処理され、ＲＦ段とＩＦ段のベースバンドに変換される。このベースバンドの波形はデジタル信号に変換され、イコライザ１２とチャネルデコーダ／エンコーダ１４により処理される。ダウンリンクに対しては符号化され変調されたデータは、ＲＦ段とＩＦ段に送られる。ＲＦ信号は、パワー増幅器（power amplifier：ＰＡ）で増幅され、１本のアンテナにより送信される。イコライザと復号化器とＰＡを具備したＲＦ段とＩＦ段内のデジタル信号処理の動作は、ＧＳＭタイミング機能部により提供された時間基準の装置でもって制御される。そしてこれが次にＧＳＭ仕様に従って内部ソースあるいは外部ソースのいずれかからの基準信号を受領する。
【００１７】
図３、４はＳＤＭＡＢＴＳのアーキテクチャーを示す。時間シフトしたプロトコルを実行するために、同一場所に配置された基地局は、基準クロック信号を生成するマスターＢＴＳ（図３）と、外部入力から基準クロック信号を受領するスレーブＢＴＳ（図４）を具備する。この実施例においては、各ＢＴＳのＭ個の素子からなるアンテナ列１６においては、アンテナアレイの素子が受領したＭ個の信号は、Ｍ個の受信器１８によりベースバンドにコヒレントにダウンコンバートされ、（アナログまたはデジタルの）空間−時間処理装置２０に送られる。空間−時間処理装置２０の出力はチャネルデコーダ／エンコーダ１４により処理される。送信器側においては、送信器２２内の符号化処理および変調処理の後、ビームフォーミングがビーム形成装置２４で行われる。この実施例においては、別個の増幅器２６を各アンテナ素子に対し用いている。ＢＴＳに対する時間基準は、ＧＳＭタイミング機能部により与えられる。マスターＢＴＳは、アップリンクとダウンリンクの両方に対し内部時間基準を用いる。スレーブＢＴＳは移動局に送信すべきタイミングアドバンス情報の計算とアップリンクに関連する処理に対しては、シフトした時間基準を用い、一方残りの操作は、マスターＢＴＳと同期して行われる。マスターＢＴＳのみが、セル内でＢＣＣＨバーストと、周波数修正と、同期バーストとを放送する。セル内に同局ユーザにより送信されたランダムアクセスバーストは、マスターＢＴＳにより復調される。図３、４に示すようにマスターＢＴＳは、ユーザのＳＤＭＡ基地局への割当てを制御する。
【００１８】
本発明の他の実施例においてはプロトコルは、ＢＴＳがシフトした時間基準で動作する２つの受信器を具備している場合には、セルごとに１つの基地局により実行される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による移動電話ネットワーク内の同一物理チャネルを用いた二人のユーザのデータフローを表す図。
【図２】タイムシフトに対する二人のユーザの性能を表す図。
【図３】本発明によるマスターＢＴＳのアーキテクチャーを表す図。
【図４】本発明によるスレーブＢＴＳのアーキテクチャーを表す図。
【図５】従来のＢＴＳのアーキテクチャーを表す図。
【符号の説明】
８デュプレクサ
１０受信器
１２イコライザ
１４チャネルデコーダ／エンコーダ
１６アンテナ列
１８受信器
２０空間−時間処理装置
２４ビーム形成装置
２６増幅器

Claims

空間分割多重アクセス（ＳＤＭＡ）を用いる時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）セルラ無線通信ネットワークであって、
周波数とタイムスロットとで区別される物理チャネルが、前記ＳＤＭＡを用いて同じセルで再利用され、再利用された前記物理チャネル間の区別が、アップリンク上のデータバーストにタイムシフトを適用することによってなされ、前記タイムシフトは、前記再利用された物理チャネルの伝搬遅延より大きくガードインターバルよりも大きくない、ことを特徴とするネットワーク。
前記再利用された物理チャネルは、共通のクロック信号を利用することを特徴とする請求項１記載のネットワーク。
前記再利用された物理チャネルは、全て同一のシグニチャーを用いることを特徴とする請求項１又は２のいずれか１項に記載のネットワーク。
前記ネットワークは基地局を含み、前記基地局は、互いにシフトした時間基準で動作する２つの受信器を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のネットワーク。
前記タイムシフトは、前記再利用された物理チャネル内の伝搬遅延よりも長いことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のネットワーク。
空間分割多元アクセス（ＳＤＭＡ）を用いる時分割多元アクセス（ＴＤＭＡ）セルラ無線通信ネットワークの動作方法であって、
周波数とタイムスロットで区別される物理チャネルが、前記ＳＤＭＡを用いて同じセルで再利用され、再利用された前記物理チャネル間の区別は、アップリンク上のデータバーストにタイムシフトを適用することによってなされ、前記タイムシフトは、前記再利用された物理チャネルの伝搬遅延より大きくガードインターバルよりも小さい、ことを特徴とする方法。
前記再利用された物理チャネルは、共通のクロック信号を利用することを特徴とする請求項６記載の方法。