JP4950286B2 - 基地局の識別方法 - Google Patents

Description

本発明はワイヤレス通信システムに関し、特に、基地局の識別を要するワイヤレス通信システムに関する。

ワイヤレスネットワークは一般に、各セルが少なくとも１つの基地局を有する複数のセルに分割される。情報を送信したいセル内のユーザはそのセル内の基地局と通信を確立する。受信基地局は通常は、モバイルスイッチングセンター（ＭＳＣ）、他の基地局、又は意図された受信者が位置するセル内の中央局若しくは基地局にネットワークを介してその情報を順次中継する他のネットワークエンティティと通信する。

そのような目的を達成するために種々のプロトコルが開発されてきた。ネットワークの主要な要件は、受信信号を有する基地局を識別する移動体の能力である。そのような識別を有効とする幾つかの技術が開発されてきた。これらの技術は一般に、主な通信に使用されていない代わりに基地局識別のようなネットワーク管理の目的に使用されるチャネルを介したパターン化された信号の送信を発動するものである。（この管理目的のチャネルは一般にパイロットチャネル及びパイロット信号を送信する信号となる。）例えば、ＣＤＭＡ２０００システムにおいて、擬似ランダムノイズ（ＰＮ）パターンが基地局識別の目的で使用される。このパターンは、各チップが約０．８１３マイクロ秒の期間を構成する２^１５個のチップの２６−２／３ミリ秒のインターバルで反復される。２^１５個のチップのインターバルが、各オフセット位置間で６４個のチップによって分離された５１２個の有効ＰＮオフセットに順次分割される。従って、基地局は、割り当てられた基地局のＰＮオフセットに一致する擬似ランダムノイズパターンの開始時にパイロットチャネルで送信することによって自身を識別する。通信を開始したいと思うユーザは、特定のキャリア周波数上の最も強いパイロット信号をサーチし、その最も強いパイロット信号に関連するオーバーヘッドを復調する。このオーバーヘッドチャネルでブロードキャストされる情報によって、通信に際して基地局のＰＮオフセットによる識別が可能となる。ユーザが基地局と通信を確立すると、現在サービングしている基地局のリンクが弱くなった場合のハンドオフの準備のために、隣接基地局のパイロット信号をサーチし続ける。

隣接基地局からの受信パイロット信号は必ずしも６４個のチップのインターバルの始点で検出されるとは限らない。しばしば、信号が送信機と受信機間の距離を通過するための通過時間が時間遅延、即ち位相シフトの原因となるため、信号が６４個のチップのインターバルの始点以外の時間に検出されることがある。さらに、信号はよく山等の自然構造物及びビル等の人口構造物から反射されることがある。受信前のそのような反射によって伝送経路が増加し、それゆえ位相シフトが増加する。実際には、位相シフトはサーチウィンドウを採用することによって対処される。６４個のチップのインターバルの始点付近の時間帯がＰＮパターンの始点に対してサーチされる。一般に、この時間の間隔は±１０チップである。信号がウィンドウ内で検出された場合、ウィンドウ中心に関連するＰＮオフセットが割り当てられる。比較的遠い物体からの反射のために頻繁に起こるより大きな位相シフトを生成する領域に対して、より大きなウィンドウが採用されることがある。それでも、ウィンドウ内のパターン始点の出現はウィンドウ中心に対応するＰＮオフセットに関連する。

同様に、ユニバーサル・モバイル・テレコミュニケーション・システム（ＵＭＴＳ）のような他のシステムでは、識別はＰＮコードを用いることによって行われる。ＷＣＤＭＡ／ＵＭＴＳシステムにおいて、例えばＧＰＳ信号を用いることによって、各基地局は同期するよう制約を受けることはない。異なる基地局を識別するために、各基地局は５１２個のゴールド・コード・シーケンスの１つを固有擬似ランダム・スクランブル・シーケンスとして使用する。各ＵＴＭＳ基地局は非変調スクランブルシーケンスを共通パイロットチャネルとして放射する。効率的な基地局識別を補助するために、基地局も主及び補助サーチチャネルを放射する。前者は伝送スロットの始点で全ての基地局に対して反復される短い固定シーケンスである。後者も各フレーム又は１５個のスロット毎に反復される（６４個の可能な変調を有する）短い固定シーケンスである。組合せによって、基地局信号フレーミングの識別が促進され、サーチされるスクランブルコード数が大幅に限定される。

識別処理中にユーザは、ユーザの地理的エリア内の基地局に対する比較的少数のＰＮコード又は他の識別の目印を特定する表（一般に隣接リストといわれる）にアクセスする。この隣接リストのサイズを制限してその効率的使用を強化するために、リストは通常、最大２０〜３０個の基地局に限定される。従って、基地局信号を検出するユーザはネットワーク内の基地局の全ての可能性あるＰＮオフセットをサーチする必要はなく、単に検出されたパイロット信号を隣接リスト上のＰＮオフセットと比較するだけでよい。

都会ではよく多くのビルがそれら自身の基地局とそれに関連する識別を有している。しかし、限られた地理的エリアに３０棟程度以上のビルがある場合、隣接リストは効率的識別に影響を与えるほど大きなものとなってしまう。さらに、非常に密集した室内モバイルセルを有する領域に関連付けられるような非常に多くの基地局がある場合、ＰＮオフセットの数自体が尽きてしまう。いずれの場合も重大な本来的問題である。

基地局を有するビルが密集する所だけでなく、小さいセル、例えばミニ又はピコセルが集中するエリアでも問題が起こる。（限られた地理的エリア、即ち、３００００メートル四方よりも小さいエリアを有する、例えばビル内のミニ又はピコセル等のセルを意味するためにコンパクトセルという用語を用いる。）そのようなコンパクトセルはトラフィックの多い地点を緩和するような目的で採用される。室内セル、ミニセル及び／又はピコセルの使用が増加すると、それに関連する識別の困難性も大幅に増加する。

従って、ワイヤレスシステムにおけるＰＮオフセットのような利用可能な識別パラメータを増やすためのアプローチを確立することが望ましい。ハードウェアの追加を回避し、既存の設備にソフトウェア上の修正を施すアプローチは特に有利である。

コンパクトセルにおいて、基地局を識別するための、例えばＰＮオフセット等の２以上のタイミングマーカーの使用によって、新たな設備の設計を要することなく利用できる異なる識別コードが実質的に増えることが分かった。例えば、ＣＤＭＡのコードにおいて、コンパクトセル内の基地局はパイロットチャネル上で、各オフセットに関連する位相シフトで、２つのＰＮオフセットを用いて送信を行う。従って、図１に示すように、コンパクトセル内の基地局はその擬似ランダムノイズパターンを、例えば時間３及び時間４で開始する。時間３はＰＮオフセット７に関連する位相シフト６を有し、時間４はＰＮオフセット９に関連する位相シフト８を有する。２つの特定の位相シフトの存在、並びに／又は位相３と位相４の間の差１及び／若しくは位相シフト６と位相シフト８の間の差が基地局識別を表している。例示を続けると、他の基地局は自身をＰＮオフセット７に関連する位相シフト２３及びＰＮオフセット９に関連する位相シフト２４を用いることによって識別する。一実施例では、位相２３と位相２４間の時間の開き２１がこの第２の基地局を識別する。時間ブロック１及び時間ブロック２１に対応する２つの基地局はそれらのブロック継続時間によって差異付けられている。従って、ブロック２１はブロック１とは異なる（ブロック２１はブロック１より大きい）継続時間を有し、この２つが異なる基地局識別を意味する。

この手法は、例えばＰＮオフセット等の３以上のインターバル識別を選び、インターバル間の位相シフトの組合せ又は順列を用いて可能な識別コードを拡張することによって拡張できる。さらに、例えば特定のＰＮオフセットについての位相シフト等の各パターンインターバルの始点が、それに関連する強度で伝送可能となる。主キャリア、即ち、アクティブデータ又は音声トラフィックのキャリアにおける２以上のＰＮオフセットの使用によってそのキャリアに干渉ができる。従って、ビーコン（即ち、アクティブデータ又は音声トラフィックを搬送しないキャリア）を放射するために複数のＰＮオフセットを用いることが好ましいが、その代わりに、ハードハンドオフを容易にするためにパイロット信号だけを含んでもよい。

信号反射及び伝送時間遅延に関する問題によって、複数のＰＮオフセット間の相対時間又は強度の関係が変わるわけではない。それゆえ、本発明の実施において、既存の設備は基地局識別に関連する時間差を解消することができる。従って、費用のかかる修正の追加なしに既存の設備が採用可能である。結果として、既存設備によってコンパクトセルの普及に対応することができる。

コンパクトセル内の基地局の識別はビーコン信号の少なくとも１つのベンチマーク、好ましくは２つのベンチマークに対する位相シフトを用いて達成される。（以降の開示において、位相シフトという用語と位相という用語は入れ替え可能なものとする。）本発明の目的のために、ベンチマークは反復される送信パターンから具体的に識別可能な時間の点とする。したがって、ＣＤＭＡシステムの例において、代表的ベンチマークは各ＰＮオフセットが始まる時間である。ＵＴＭＳシステムでも、代表的ベンチマークは各データフレームの始点である。各ベンチマークに関連する位相はビーコン信号のパターンが現実に開始する各ベンチマークに対する時間の点である。具体的には、ＣＤＭＡシステムにおいては、２秒のインターバルの始点がグローバル測位衛星（ＧＰＳ）信号によってマーキングされる。前述したように、そのような２秒間隔が７５個の２６−２／３ミリ秒区間に分割される。各区間が、２秒のインターバルの始点をマーキングするＧＰＳ信号に対するベンチマーク時間を有する５１２個のＰＮオフセットに順次分割される。従って、さらに説明すると、３３番目のＰＮオフセットがベンチマークである。３３番目のＰＮオフセット７の後にビーコン信号がその擬似ランダムノイズパターンの８個のチップを開始する場合(図１の６)、信号の位相シフトの時間点は時間の線２上の点３となる。同様に、後続の時間区間において、３４番目のＰＮオフセット９の前に４個のチップを開始するようにビーコン信号のパターンが形成される場合（図１の８）、位相シフトは時間４によって表される。

ベンチマークに対する少なくとも２つの位相を生じさせるためにビーコン信号のパターンを調整することによって、ネットワークに対する識別可能数が大幅に増える。特に、図１の例において、基地局識別が２つの位相３及び４自体に関連付けられるのと同様に、２つの位相３と４の間の時間差１にも関連付けられる。基地局の識別は基地局を位相の時間差（時間間隔の差）、位相の組合せ（位相３及び４双方の検出）及び／又は位相シフトのサイズ間の差（例えば、図１の６と８の間の差）に割り当てることによってなされる。同様に、図２に示す２つの同じベンチマーク７及び９について、基地局の識別は位相２３と２４の間の差である時間間隔２１に対して、位相２３及び２４双方の検出に対して、及び／又は２８−２５若しくは２８−２７（「−」は減算記号）に対してなされる。

モバイル環境において、反射や他の時間遅延は位相の絶対値の意味をなくす傾向にある。しかし、ビーコンに含まれる複数のＰＮオフセットは単一のアンテナから放射され、同じ伝搬環境を通過するので、複数のオフセットの時間及び強度の関係は維持される。モバイル環境は現在、ビーコン信号の始点をチップの１／８以内に分解することができる。従って、コンパクトセルにおける今日の設備は位相シフトを簡単に検出し、正確に特定することができる。そのような時間の分解能はチップの約８分の１以内なので、膨大な数の基地局識別のマーキングがたった２つの位相シフトの使用によって可能となる。それでも、本質的なことではないが、位相シフトを１つのチップインターバルに制限して識別システムの高い信頼性を保持する方が一般的には有利である。

（２つの隣り合うビル内のセルのような）２つの隣接するコンパクトセルが干渉する可能性がある。例えば、図３に示すように、基地局Ｘはベンチマーク３３及び３４にそれぞれ関連する識別位相３１及び３２を有する。隣のビルにある基地局Ｙはベンチマーク３３及び３４に関連する識別位相３５及び３６を有する。両ビルの近隣にいるユーザは、特定の状況で、位相３１、３２、３５及び３６の全てを検出する。現在の設備は、信号強度に関係なくベンチマークに関連する最初の位相シフトが検出されて２番目の位相シフトは無視されるように構成されている。従って、図３の説明において、位相３１ではなく位相３５がベンチマーク３３に関連付けられ、位相３２がベンチマーク３４に関連付けられることになってしまう。従って、ユーザが基地局を位相３５及び３２（基地局Ｘについても基地局Ｙについても存在しない位相組合せ）を有する基地局であると誤識別してしまう。隣り合うコンパクトセルが比較的高い信号強度を有する状況下でこのような誤識別を回避するために、２つのセルは完全に同じベンチマークに関連する位相を持つべきではない。従って、図３の例において、基地局Ｙがベンチマーク３３及び３４と異なるベンチマークに対する位相を使用すれば、誤識別の可能性は大幅に減少することになる。

基地局に使用可能な識別コードの数は３以上の位相を用いることによってもさらに増加する。従って、一実施例では、各々が異なるベンチマークに関連付けられた３つの位相が用いられる。基地局に対する識別コードにおいて、３つのそのような位相についての組合せ及び順列の数は２つの位相についての数よりも大幅に増加する。異なるベンチマークに関連するパイロット信号の相対強度も基地局識別特徴として利用できる。従って、基地局は位相時間点だけでなくこれらの時間点に関連する信号強度も用いて識別可能となる。基地局は位相とそれらの関連する信号強度の全組合せによって識別される。従って、識別可能な基地局数は増加する。通常は、そのような信号強度間の適当な区別を可能とするために、異なる位相の信号強度は少なくとも３ｄＢ異ならせるべきである。

前述したように、現在採用されている設備は各ベンチマーク周辺のサーチウィンドウを有する。従って、サーチウィンドウ外部にある位相は通常は検出されない。結果として可能な識別の組合せの数は制限される。そのような制限はサーチウィンドウを拡げることで軽減される。しかし、サーチウィンドウが大きくなると、位相を識別し、そのような識別を基地局に割り当てるのにより長い時間がかかる。通常のサーチウィンドウは−１０個のチップから＋１０個のチップである。より大きいサーチウィンドウが使えないということではなく、それらは基地局識別のために拡張された時間が許容されるようなシステムにおいて採用されるべきである。

ビーコン信号が主信号、即ち、加入者情報を搬送する信号とは異なるキャリア周波数で送信される場合、ビーコンと主チャネルの間の干渉が回避される。しかし、その２つが同じキャリア周波数で送信される場合、より大きな干渉が可能となってしまう。そのような干渉は、パイロットチャネル上で時間の一部を送信することによって、又は送信電力を動的に制御することによって軽減される。この不連続性又は動的に制御されたパイロット送信による方策は、周囲のセルとは異なるキャリア周波数を用いて配備される屋外のコンパクトセルに対して特に有用である。周囲の（マクロ）セルと通信する移動体がコンパクトセルの１つのカバレッジエリアに入ると、コンパクトセルによって放射されるパイロットビーコン信号を検知し、コンパクトセルを識別し、コンパクトセルへのハードハンドオフを開始することが可能となる。そのようなセルとの通信が確立されると、隣接リストを用いるユーザはその近隣の可能な基地局を知る。ユーザが他の基地局に近づくと、識別は従来通りこの隣接リストの使用によって促進される。さらに、本発明の基地局識別手法はコンパクトセルについての他の方策を用いても有用なものとなる。共に出願中の＿＿＿＿＿日出願の米国特許出願第＿＿＿＿＿号（De Lind Van Wijngaarden 15-19-15-21-5-3-64-10、ここに参照としてその全体が取り込まれるもの）に記載されるように、ハンドオフのために具体的に選択されたＰＮオフセットとともにパイロット及び主チャネルに対する異なるキャリア周波数を使用することは有利である。この有利なシステムが本発明の使用によってさらに強化される。

図１は基地局識別に係る時間シーケンスを示す図である。 図２は基地局識別に係る時間シーケンスを示す図である。 図３はある実施例に関連する可能な拡張を示す図である。

Claims (10)

1. ユーザ機器とコンパクトセルの基地局との間の通信リンクを含むワイヤレス通信のための方法であって、該方法が、
   少なくとも１つのベンチマークの時間に関連する少なくとも２つの異なる時間の位相シフトによって特徴付けられる識別信号パターンを、前記基地局によって送信することに基づく前記ユーザ端末による前記基地局の識別であり、それにより前記異なる位相シフトの組合せが前記識別を行うために使用されるステップ、及び
   前記通信リンクの確立のステップからなる方法。
2. 請求項１の方法において、前記識別信号パターンが擬似ランダムノイズパターンからなる方法。
3. 請求項１の方法において、前記識別信号パターンがスクランブルコードからなる方法。
4. 請求項１の方法において、前記基地局が、前記ベンチマークの時間に対する３つの異なる位相シフトによって特徴付けられる前記識別信号パターンを送信する方法。
5. 請求項１の方法において、前記基地局が、前記ベンチマークの時間に対する２つの異なる位相シフトによって特徴付けられる前記識別信号パターンを送信する方法。
6. 請求項１の方法において、前記識別信号パターンが前記位相シフトに関連する信号強度によってさらに特徴付けられる方法。
7. 請求項１の方法において、前記位相シフトの時間の差が前記識別を構成する方法。
8. 請求項１の方法において、前記位相シフトの存在が前記識別を構成する方法。
9. 請求項１の方法において、前記ユーザ機器が少なくとも１つの前記ベンチマークから−１０個から＋１０個のチップの範囲内の位相シフトをサーチする方法。
10. 請求項１の方法において、前記識別信号パターンの送信が、前記通信リンクの確立のために使用されるキャリア周波数とは異なるキャリア周波数を用いて行われる方法。

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