JP4955796B2 - 無線端末装置、基地局、及び符号分割多重接続方式における逆方向共通チャネルのランダム接続方法 - Google Patents

Description

本発明は、無線端末装置、基地局、及び符号分割多重接続方式で複数個の端末装置が共通のチャンネルを介してデータを伝送するランダム接続(Random Access)方法に関する。

本発明は、さらに詳しくは、端末装置が利用可能なプリアンブルシグネチャ(preamble signature)のうちの１つ、および、利用可能な接続スロット(access slot)のうちの１つ、を選択してプリアンブルを基地局に伝送して、基地局ではプリアンブルの捕捉(acquisition）を図り、このプリアンブルが捕捉できたか否かを全ての端末装置に報知して、端末装置はプリアンブルの捕捉結果によってデータを伝送するかプリアンブルを再伝送することによって、不要なデータ伝送を減らして干渉信号を減少させネットワーク効率を向上させて、プリアンブルだけの早い再伝送を遂行することによって適切なパワーレベルに速く接近できるようになり時間遅延特性が優秀な符号分割多重接続方式で逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置及び方法に関するものである。

現在需要が急速に増加している移動通信サービスは、主に移動中に音声情報伝送を可能にするサービス形態としてデータサービスを支援する移動通信サービスはまだ活性化されてないが、電子メールのような簡単な形態のデータ伝送では移動中に動映像の信号受信に対する要求が増加している。特に、音声信号だけでなく簡単なデータから動画まで支援し、かつ国際的に統合された標準案を通じて全世界どこでもサービスを受けることができるようにする第３世代移動通信サービスのためのIMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)に対する研究が国内外で活発に行われている。それだけでなく、移動性は若干制限されるが、高速のデータ伝送のための研究もなされており、特にIEEE802.11標準案で提示している無線ＬＡＮは既に２Mbps(Mega bit per sec）のデータの伝送が可能な製品として商品化されている。

一般的に、このような高速データ伝送を行うに際して、現在公衆交換網やデジタルセルラーと個人携帯通信システムで使用している回線交換方式(circuit-switch）では限られたチャンネルを非効率的に使用しているので、望ましくない。このような回線交換方式の問題点を解決するための方策として、近距離地域網や次世代移動通信システムの標準案として研究されているIMT-2000では、高速のデータ伝送のためにパケット交換方式(packet-switch）が適用されている。

一方、現在サービス中のデジタルセルラーシステムで適用しているＣＤＭＡ(Code Division Multiple Access）の信号方式の帯域拡散方式は、収容容量が増加し、外部から盗聴することが不可能であり、移動中に急変する無線チャンネルにより発生するマルチパス(multipath)環境で安定して通信できるという特徴がある。

現在標準化活動が活発に進行中のIMT-2000システムでは、既存の音声データだけでなくパケットデータを支援することを基本要件としているが、パケットデータの非周期的な特性上、既存の音声サービスのように専用チャンネルを使用する方法は、資源を效率的に使用できなくなるという問題点がある。すなわち、音声データのように連続的に発生するデータは、専用チャンネルが割り当てられ使用されるのに対し、不連続的で伝送するデータの量が可変なパケットデータの場合には、音声データのような専用チャンネルを使用すると、システムで支援する収容容量を満足させられないという問題が生じることになる。

したがって、適切な数の逆方向（上り方向）チャンネルを共通に利用すると、資源を效率的に利用できるばかりでなく、音声サービスおよび伝送するデータの量が可変なサービスをシステムの容量範囲内で収容することができる。さらに、今後、加入者が増加して伝送するデータの量も増加すると予想されるので、逆方向（上り方向）共通チャンネルを利用した資源の効率的利用は必須的な事項になるはずである。

このような逆方向（上り方向）共通チャンネルを利用したチャンネル接続と、データ伝送のための方法としてＡＬＯＨＡ方式が最も簡単な方法であるとして知られている。ＡＬＯＨＡ方式は代表的なランダム接続方式として、１９７０年、ハワイ大学でハワイ州の島々間の無線ネットワークのためのプロトコルとして開発された。そして、ＡＬＯＨＡ方式では、基地局と端末装置間の別途の時間計画なしにデータを伝送することから、データの伝送効率が低下し、特に端末装置が多い場合には、伝送データ間の衝突が頻発するので、ネットワークの過負荷現象が発生した。そこで、この問題点を決するために、基地局と端末装置との間に標準時間を設定したスロットＡＬＯＨＡが研究された。スロットＡＬＯＨＡでは、端末装置で伝送するデータが発生した場合、基準時間内のみの伝送を許容することによって、データの伝送効率を増加させている。その理由は、他の端末装置で発生するデータにより、自身のデータ伝送に妨害を受ける確率が低減して、全般的に、ネットワークの効率が向上するためである。

次に、符号分割多重接続方式を利用した従来のＡＬＯＨＡプロトコルについて図９を参照して説明する。

図９は従来の符号分割多重接続方式を利用したＡＬＯＨＡプロトコルでのデータ伝送過程を図示する。

図９によれば、端末装置では１つのアクセスアテンプト(access attempt)を通じてデータ伝送がなされるが、この接続アテンプトは複数個のアクセスサブアテンプト(access sub-attempt)で構成され、このアクセスサブアテンプトは複数個の接続プローブシーケンス(access probe sequence)で構成され、この接続プローブシーケンスは複数個の接続プローブ(access probe)で構成される。

この接続プローブは、端末装置タイミングの捕捉のために、接続チャンネルメッセージか、ユーザデータの伝送前に単純なパイロットの形態で伝送されるプリアンブルと、このプリアンブルについで、接続情報やユーザのデータを含む接続メッセージカプセル(access message capsule)でなされる。

このように構成された接続アテンプト過程を通じて、逆方向共通チャンネルで、接続メッセージやデータを伝送しようとする端末装置は、まず、一定水準のパワーレベルで１つの接続プローブを伝送する。この時使用するパワーレベルは専用チャンネルを利用してデータを伝送したり他の逆方向共通チャンネルを通じてデータを伝送する他の端末装置に及ぼす干渉の影響を低減させるだけでなく、減少した再伝送数を通じて処理時間を減らすために最適のものを使用する。

最初の接続プローブでデータ伝送をアテンプトした端末装置は、一定時間（ＴＡ）の間、基地局から接続プローブが検出されたかどうかの表示をモニタする。しかし、もし最初の接続プローブのデータ伝送を失敗すると、任意の時間（ＲＳ）を待った後、最初の接続プローブのパワーレベルより一定水準（ＰＩ）だけ増加されたパワーレベルで、再伝送を図ることになる。

このような過程を通じて、端末装置はデータ伝送を含む接続プローブを継続的に図る。しかし、予め設定された数の接続プローブ内でデータ伝送が成功できなくなれば、１つの接続プローブシーケンスを終えて、別途の任意時間（ＲＳ）を待った後、端末装置は２回目の接続プローブシーケンスを最初の接続プローブを伝送する時と同様に始めることになる。

また、特許文献１には、「移動機からのランダムアクセス発信呼を処理するのに要する時間を大幅に低減させる移動体通信システムを提供する。接続セットアップ時に、移動機（１６、１８）はプリアンブルと複数のフィールドを含むランダムアクセスパケットを送信する。これらのフィールドに与えられた情報は基地局（１２）が使い、それによって、より効率的な接続セットアップを促し、より速くチャネル資源を割り当てることを助ける。また、複数のランダムアクセス要求を検出し、識別し、受信するためのシステムを提供する。移動機（１６、１８）の各々はランダムアクセス要求パケットで複数の異なったプリアンブルシンボルパターンの１つを送る。基地局レシーバ（１４）は複数のアキュムレータ（１２６）を含み、それぞれが異なつたプリアンブルシンボルパターンに同調されている。したがって、基地局レシーバ（１４）は同時に複数のランダムアクセス要求を識別できる。このプリアンブルシンボルはまたIS-95やCODITシステムに使用されているような電力勾配処理と共に使用して、複数のランダムアクセスを試みる移動機のそれぞれの電力を制御することもできる。」ことが記載されている。

国際公開第９８／１８２８０号パンフレット（参考パテントファミリー：特表２００１−５０２８６６号公報、図３）

しかし、ＡＬＯＨＡ方式も根本的に競合モード（contention mode）で適切なパワーレベルを持ってデータを伝送するために、伝送データ間の不充分なパワーレベルおよび衝突による接続プローブの失敗を避けられないし、無駄な伝送失敗の結果が生じる。

一方、プリアンブルの捕捉確率を向上させるために、多数のプリアンブルシグネチャを利用する方法もある。プリアンブルシグネチャは、逆方向（上り方向）共通チャンネルのためのプリアンブルに利用される共通帯域拡散符号（common spreading code）を変調する、複数個のシンボルで構成されたシーケンスである。プリアンブル間には直交性が維持されるため、基地局では、相異なるプリアンブルシグネチャにより多数のプリアンブルを同時に捕捉できる。

プリアンブルが逆方向共通チャンネルの同期を捕捉するための信号である限り、プリアンブルが長くなれば、さらに安定した同期が獲得できるが、伝送効率面では効果的ではない。

そこで、本発明の目的は、上記のような問題点を解決するために、端末装置が利用可能なプリアンブルシグネチャ（preamble signature）のうち１つ、および、利用可能な接続スロット（access slot）のうち１つ、を選択してプリアンブルを基地局に伝送し、基地局ではプリアンブルの捕捉（acquisition）を図り、このプリアンブルが捕捉できたか否かを全ての端末装置に報知し、端末装置はプリアンブルの捕捉結果にしたがってデータを伝送するか、あるいはプリアンブルを再伝送することにより、不必要なデータ伝送を減らして干渉信号を低減し、もってネットワークの効率を向上させ、かつプリアンブルだけの早い再伝送を遂行することによって適切なパワーレベルに速く接近できるようにし、これにより時間遅延特性が優秀な符号分割多重接続方式での逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置および方法を提供することにある。

したがって、本発明にかかる符号分割多重接続方式での逆方向共通チャンネルのランダム接続装置および方法によると、端末装置がプリアンブルシグネチャで変調したプリアンブルを伝送する時、多様なパケットデータを效果的に運営するために、トラフィック特性によって区分されたプリアンブルシグネチャの部分集合（subset）から１つのプリアンブルシグネチャをランダムに選択する。

また、基地局ではすべての利用可能なプリアンブルシグネチャに対するプリアンブルの捕捉を行った後、捉えたプリアンブルシグネチャを順方向共通チャンネル（forward link common channel）を利用して全ての端末装置に報せて、プリアンブルを伝送した端末装置が自分が送ったプリアンブルの捕捉如何（すなわち、捕捉されたか否か）を確認することができるようにする。もしプリアンブルが捉えられたならば、端末装置はプリアンブルを伝送する時のパワーレベルにより適切に設定されたパワーレベルで所定の時間で情報データをユーザに伝送する。しかし、プリアンブルが捉えられなかった場合には、端末装置はアクセス時刻（access time）とプリアンブルシグネチャとをランダムに選択して、予め規定されたパワーステップにより以前のプリアンブルのパワーレベルに比べて増加されたパワーレベルを決定してプリアンブルを再伝送する。

上記目的を達成するため、本発明にかかる符号分割多重接続方式での逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置および方法において、基地局は、利用可能な全てのプリアンブルシグネチャに対して逆方向共通チャンネルを介して複数個の端末装置から伝送されたプリアンブルの捕捉を行い、複数個の端末装置から伝送されたプリアンブルシグネチャの捕捉如何（すなわち、捕捉されたか否か）を表す信号を順方向（下り方向）共通チャンネルを介して端末装置に伝送し、複数個の端末装置は、伝送しようとするデータの特性により分類されたプリアンブルシグネチャをランダムに選択しプリアンブルを変調し、前記基地局から共通チャンネルを介して伝送されるプリアンブル捕捉表示を表す信号を受信し、伝送したプリアンブルシグネチャが捉えられた時には、プリアンブル伝送の時のパワーレベルにより適切に設定されたパワーレベルで、所定時刻に、ユーザ情報データを伝送し、伝送したプリアンブルシグネチャが捉えられなかった場合には、接続スロットでランダムに選択されたプリアンブルシグネチャでプリアンブルを再伝送することになる。

以上説明したように、本発明に係る無線端末装置、基地局、及び符号分割多重接続方式における逆方向共通チャネルのランダム接続方法によれば、データの特性によってプリアンブルシグネチャを分類することによって、専用チャンネル割当のためのチャンネル要求、短いデータを伝送するためのパケットアクセス、中間の大きさのデータなどのような多様な形態の逆方向（上り方向）共通チャンネルの使用が可能になる。

また、本発明は不必要なデータ伝送と干渉信号を減少させてネットワーク効率を向上させ、プリアンブル単位で再伝送することによって適切なパワーレベルに速く接近することができて、優秀な時間遅延特性を得ることができる。

本発明が適用される符号分割多重接続方式のネットワーク構成を示す図である。 本発明にかかる符号分割多重接続方式で逆方向共通チャンネルのランダム接続装置での端末装置と基地局の構成を示すブロック図である。 図２の端末第１決定部１１０の構成を示すブロック図である。 本発明によるランダム接続装置での端末装置と基地局間の動作を説明するための説明図である。 本発明による端末装置の接続制御手順の一例を示すフローチャートである。 本発明による基地局の接続制御手順の一例を示すフローチャートである。 本発明にかかる符号分割多重接続方式で逆方向共通チャンネルのランダム接続装置の動作を説明するための図である。 本発明にかかる符号分割多重接続方式で逆方向共通チャンネルによる干渉信号レベルの一例を示す図である。 従来技術による符号分割多重接続方式で逆方向共通チャンネルを利用したＡＬＯＨＡデータ伝送を表す図である。

以下、本発明にかかる符号分割多重接続方式での逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置に対して図面を参照して説明する。

図１は本発明を適用するための一般的な符号分割多重接続方式のネットワーク構成図である。ネットワークは、データを発生させて逆方向（上り方向）共通チャンネルを介してプリアンブルデータを伝送する端末装置１００と、端末装置１００から逆方向共通チャンネルを介して伝送されるプリアンブルを利用して符号捕捉を行い、プリアンブルを捉えたかどうかを端末装置１００に通知し、端末装置から該当するユーザ情報データを受信して上位層プロトコルと連動する基地局２００と、複数個の基地局２００および２１０を管理して他のネットワークと連動させるＣＤＭＡネットワーク３００と、ＣＤＭＡネットワーク３００と連動して端末装置１００と一般電話加入者を結合するＰＳＴＮ（Public Switched Telephone Network）４００と、ＣＤＭＡネットワーク３００と連動して端末装置１００とインターネットユーザを結合するインターネット５００と、ＣＤＭＡネットワーク３００と連動して端末装置１００とデータサービスの支援を受けるデータサーバを結合するＰＳＤＮ（Public Switched Data Network）６００により構成されている。

このように構成されたネットワークにおいて、逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置は、基地局内に捕捉表示信号（acquisition indication signal）の伝送手段を含み、端末装置内に捕捉表示信号の受信手段と伝送決定手段とをさらに含む。

基地局２００の伝送手段は、プリアンブルの符号捕捉が逆方向（上り方向）共通チャンネルを介してすべての利用可能なプリアンブルシグネチャに対して行なわれた後、伝送されたプリアンブルシグネチャを捉えたかどうかを全ての端末装置に表示する捕捉表示信号を伝送する。端末装置の受信手段は、順方向（下り方向）共通チャンネルを介して基地局からの捕捉表示信号を受信し、端末装置の決定手段は捕捉表示信号によってユーザ情報データを伝送するか、プリアンブルを再び伝送するかを決定する。

もしプリアンブルシグネチャが捉えられたと表示されると、端末装置はユーザ情報データを伝送し、そうでない場合にはランダムに選択されたプリアンブルシグネチャと新しく選択された接続スロットでの増加されたパワーでプリアンブルを再び伝送する。

図２は、本発明に係る符号分割多重接続方式による逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置での端末装置と基地局の機能ブロック図である。

端末装置１００は、トラフィック特性によって分類された利用可能なプリアンブルシグネチャのうちの１つのプリアンブルシグネチャと、伝送する接続スロットとをランダムに選択して、順方向経路損失、基地局から通報された干渉信号レベルなどを利用してプリアンブルのパワーを決定する端末第１決定部１１０と、端末第１決定部１１０で選択された、接続スロットにおけるプリアンブルシグネチャおよびパワーレベルでプリアンブル信号を作って伝送する端末第１伝送部１２０と、端末第１決定部１１０により活性化されて伝送するユーザ情報データをフォーマットする端末第１プロセッサ１７０と、端末第１プロセッサ１７０からフォーマットされたユーザ情報信号が入力され、この信号をプリアンブルシグネチャに該当するチャンネル化符号（channelization code）に帯域拡散して出力する端末第２伝送部１８０と、基地局２００から伝送される捕捉表示信号にしたがって端末第１伝送部１２０で発生されたプリアンブル信号か、端末第２伝送部１８０で発生されたデータのうちの１つを選択する端末選択部１３０と、端末選択部１３０で選択された信号をＲＦ信号に変換して無線チャンネルを介して基地局２００に伝送し、基地局２００から伝送されるＲＦ信号の捕捉表示信号をベースバンド信号に変換させる端末第２プロセッサ１４０と、端末第２プロセッサ１４０からベースバンドの捕捉表示信号が入力されて伝送したプリアンブルシグネチャが捉えられたかどうかを確認する端末受信部１５０と、端末受信部１５０で確認した伝送プリアンブルシグネチャの捕捉結果によって端末第１決定部１１０をイネーブル/ディセーブルさせて、端末選択部１３０のスイッチをスイッチングするための信号を出力する端末第２決定部１６０とを含む。

図３に図示したように、端末第１決定部１１０は、基地局から順方向（下り方向）共通チャンネルを介して伝送されるトラフィック特性によって分類されたプリアンブルシグネチャに対する情報を受信して記憶するシグネチャ記憶部１１１と、トラフィックの特性と上位階層での要求条件を考慮して発生されたデータの特性を区分してトラフィック特性に該当する利用可能なプリアンブルシグネチャの中からランダムな方法でプリアンブルシグネチャを選択するシグネチャ選択部１１２と、プリアンブルが伝送される時、ランダム（randomly）または決定的に（deterministically）、接続スロットを選択するスロット選択部１１３と、基地局の干渉信号レベルと、順方向（下り方向）経路損失と、以前に伝送したプリアンブルパワーレベルなどを考慮して伝送するプリアンブルのパワーを決定するパワー決定部１１４とを含む。

パワー決定部１１４は、基地局から順方向（下り方向）共通チャンネルを介して伝送される基地局の干渉信号レベルと、順方向（下り方向）経路損失、予め決定されたパワー増加ステップ、および以前プリアンブルのパワーレベルなどを考慮してパワーレベルを決定するようになされる。

再び図２において、端末第１伝送部１２０は、端末第１決定部１１０で決定された接続スロット、プリアンブル シグネチャおよびパワーレベルを利用して、プリアンブルシグネチャによって共通帯域拡散用符号（common spreading code）を変調させることによりプリアンブルを伝送し、選択されたプリアンブルシグネチャと共通帯域拡散用符号を利用して、実数値が虚数値と同一である複素帯域拡散信号を発生させる。

端末受信部１５０は、順方向リンクで捕捉表示伝送に使われた符号と伝送したプリアンブルシグネチャと同一であるシグネチャを利用して捕捉表示信号を受信する。

また、端末第２決定部１６０は、端末受信部１５０で受信した捕捉表示信号が伝送したプリアンブルシグネチャが捉えられたことを表せば、端末第１決定部１１０をイネーブルさせ、端末選択部１３０と端末第１伝送部１２０の出力を結合するための信号を発生し、他方、そうでない場合には、端末第１決定部１１０をディセーブルさせ、端末第２伝送部１８０の出力を端末選択部１３０に結合させる。

基地局２００は、端末装置１００で伝送されたＲＦ信号を受信し、端末装置１００にＲＦ信号を伝送する基地局プロセッサ２１０と、端末装置１００から逆方向共通チャンネルを介して伝送されたプリアンブルを基地局プロセッサ２１０から入力されてすべての利用可能なプリアンブルシグネチャでこのプリアンブルの捕捉を遂行する基地局同期部２２０と、捕捉を確認して捉えたプリアンブルシグネチャを決定して出力する基地局決定部２３０と、基地局決定部２３０から入力された捕捉プリアンブルシグネチャに該当する複数個の捕捉表示信号を発生させて、これを基地局プロセッサ２１０を介して端末装置１００に出力する基地局伝送部２４０と、基地局同期部２２０で獲得したマルチパスの時間遅延情報を入力されて、基地局決定部２３０から受信された捕捉プリアンブルシグネチャに対する情報を利用して逆拡散符号を発生して、端末装置１００から逆方向共通チャンネルを介して伝送されたデータを基地局プロセッサ２１０から受信されて復調およびチャンネル復号化などを行なってこれを伝送する基地局トランシーバ２５０で構成される。

基地局同期部２２０は、端末装置１００から逆方向共通チャンネルを介して伝送したプリアンブルを基地局プロセッサ２１０で受信してすべての利用可能なプリアンブルシグネチャでプリアンブルに対する捕捉を行う同期部と、捉えたプリアンブルシグネチャに該当する時間遅延特性を全て基地局トランシーバ２５０に認知させてトランシーバ２５０に対して任意の所定時刻で、まもなく伝送されるデータを受信する準備をさせる時間遅延特性出力部と、基地局決定部２３０で捉えたプリアンブルシグネチャを報せる捕捉表示信号を出力する出力部とにより構成されている。

基地局決定部２３０は、基地局同期部２２０から受信したプリアンブルシグネチャに該当する帯域拡散用符号を基地局トランシーバ２５０に通知して所定時刻で直ちに伝送されるデータを受信する準備をさせる帯域拡散信号発生部と、ただ捉えたプリアンブルシグネチャのみに該当する捕捉表示信号を発生させてこの信号を基地局伝送部２４０に出力する捕捉表示信号発生部とにより構成されている。

基地局伝送部２４０は、利用可能な時刻を利用可能なシグネチャの数で除算し、それぞれ利用可能なプリアンブルシグネチャに、除算により得られた時刻を割り当て、捉えたプリアンブルシグネチャに割り当てられた得られた時刻のみで捕捉表示信号を伝送し、捕捉されなかったプリアンブルシグネチャに割り当てられた時刻では捕捉表示信号を伝送しないオン−オフ信号フォーマット（＃１）と、利用可能な時刻を利用可能なシグネチャの数で割って、各利用可能なプリアンブルシグネチャにそれぞれの割った時刻を割り当て、利用可能なプリアンブルシグネチャに割り当てられた全ての割った時刻に対して捉えたプリアンブルシグネチャにはポジティブ（positive）捕捉表示信号を伝送して、捕捉されなかったプリアンブルシグネチャにはネガティブ（negative）捕捉表示信号を伝送する対蹠（antipodal）信号フォーマット（＃２）と、プリアンブルシグネチャに直交符号を割り当ててこれを伝送するシンボルに設定して、捉えたプリアンブルシグネチャに該当する直交シンボルだけを伝送するオン−オフ信号フォーマット（＃３）と、プリアンブルシグネチャに直交符号を割り当てて伝送するシンボルに設定して、捉えたプリアンブルシグネチャに対してはポジティブ捕捉表示信号を伝送し、捕捉されなかったプリアンブルシグネチャには、ネガティブ捕捉表示信号を伝送する対蹠（antipodal）信号フォーマット（＃４）とのうちのいずれかの信号フォーマットに基づいた捕捉表示信号を伝送するように構成される。また、４個の信号フォーマットを合成してもう１つの信号フォーマットを作って使用することもできる。

捕捉表示信号の伝送体系は、既存に使用する順方向共通チャンネルに適用するパンクチャリング（puncturing）方法と、順方向共通チャンネルに直交性を有する符号を使用する方法と、順方向共通チャンネルに直交性を持たない符号を使用する方法のいずれかの方法を選択して伝送する。

また、基地局２００では、短いデータを伝送するためのパケットアクセスと、中間の大きさのデータを伝送するチャンネル予約要求と、音声データのように大きくて連続するデータを伝送するために専用チャンネル割当を要求するチャンネル要求で、逆方向共通チャンネルを介して伝送するデータの性質を区分する。そして、基地局２００は全ての可能なプリアンブルシグネチャを伝送するデータの性質によって分類して、これを全ての端末装置が認知できるように順方向共通チャンネルを介して報知する。

基地局２００にパケットをアクセスするために、端末装置１００はパケットアクセスを介して伝送するデータの長さおよび伝送率のようなデータの特性で区分されたプリアンブルシグネチャの中から１つのプリアンブルシグネチャでプリアンブルを伝送し、基地局２００から伝送されるプリアンブルの捕捉表示を検討してプリアンブルを再伝送するか、あるいは、ユーザ情報データを伝送するかを決定する。もしユーザ情報データを伝送する場合は、フレーム構造に合う単一あるいは多数個のフレームを連続的に伝送し、伝送されたフレームのうちの伝送に失敗したフレームに対してはパケットアクセスのための動作を再び行う。

チャンネル予約要求のために、端末装置１００ではチャンネル予約要求用に割り当てられたプリアンブルシグネチャの中から１つをランダムに選択し、パケットアクセスと同様にプリアンブルを伝送し、基地局２００では端末装置１００から伝送されたプリアンブルの捕捉を行い捉えたプリアンブルを順方向共通チャンネルを通じて全ての端末に通知する。端末装置１００にネガティブ捕捉表示が表示されるか捕捉表示がない場合には、端末装置はチャンネル予約用に割り当てられたプリアンブルシグネチャの中から１つをランダムに選択し、接続スロットを決定してプリアンブルを再伝送し、端末装置１００がプリアンブルシグネチャが捉えられたプリアンブルを伝送した場合には、予約要求のためのユーザ情報データを伝送してチャンネル予約用データを伝送することによって、チャンネルの予約を図る。基地局２００では、端末装置からチャンネル予約に対する伝送されたデータを正確に受信した後、順方向（下り方向）共通チャンネルを利用してチャンネル予約如何（すなわち、予約の可否）と予約された時間および拡散符号、そして伝送率などを該当端末装置に通知し、該当する端末装置は予約された時間と、拡散符号と、伝送率などを利用して、伝送しようとするデータを伝送し、順方向（下り方向）チャンネルで伝送されるパワー制御命令を利用し、クローズドループパワー制御（closed loop power control）を行う。そして、端末装置は最終フレームを伝送する時には、データ伝送が完了したことを表す情報をデータと共に伝送してチャンネル予約を解約する。

予約の間におけるチャンネル予約条件を変更するための１つの方法は、端末装置１００がデータ伝送と共にチャンネル予約条件の変更のためのデータをパケットアクセスやチャンネル予約要求のための動作と同一に伝送する方法がある。その他の方法は、端末装置１００がユーザ情報データと共にチャンネル予約条件を変更するためのデータを多重化し、これを伝送する方法である。両方法で、基地局２００は受諾または拒絶と関連した情報を伝送しなければならない。

以下、本発明にかかる符号分割多重接続方式において逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置の動作を説明する。

図４は本発明によるランダム接続装置での端末装置と基地局間の動作を説明する概略図である。

図４を説明する。端末装置１００は伝送するデータが一応発生すると、プリアンブルを基地局２００に伝送し、基地局２００はプリアンブル符号捕捉を行いプリアンブル符号捕捉の捕捉表示信号を全ての端末装置１００に伝送する。これによって、各端末装置１００は捕捉表示信号をモニタし、自身が伝送したプリアンブルが捉えなかった場合には、プリアンブルを再伝送し、伝送したプリアンブルが捉えた場合には、ユーザ情報データを伝送する。データを受信した基地局２００はユーザ情報データを受信し、エラーチェックの後に、端末装置１００にユーザ情報データの受信確認信号（acknowledgment signal）を伝送することになる。プリアンブルが捉えなかった時刻を遊休時間（idle time、IT）という。

端末装置１００の動作は、図５に図示したように、伝送するデータが発生すると（Ｓ１０１）、端末装置１００はプリアンブルを伝送するために、トラフィック特性に該当する利用可能なプリアンブルシグネチャのうちの１つと接続スロットをランダムに選択し（Ｓ１０２）、順方向経路損失、基地局２００から伝送される干渉信号レベル等に関する情報を利用して伝送するプリアンブルのパワーを決定するステップ（Ｓ１０３）を行う。ついで、ランダムに選択された接続スロットで、ランダムに選択されたプリアンブルシグネチャおよび決定されたパワーレベルでプリアンブルを生成して伝送する（Ｓ１０４）。

そして、端末装置１００は基地局２００から全ての端末装置１００に報知されるプリアンブルの捕捉表示信号を受信し（Ｓ１０５）、自身が伝送したプリアンブルシグネチャが捉えたかどうかを確認する（Ｓ１０６）。

もし、捕捉表示信号受信過程で自身が伝送したプリアンブルが捉えられた場合には、端末装置１００はユーザ情報データを所定の形態にフォーマットし、メッセージまたはプリアンブルを選択するデータ伝送を行い、プリアンブルシグネチャに該当する特定拡散符号を帯域拡散させて伝送するデータ伝送を行い（Ｓ１０７）、捕捉表示信号受信過程で自身が伝送したプリアンブルが捉えられなかった場合は、端末装置はプリアンブルシグネチャ、接続スロット、パワーレベルのような伝送資源の決定ステップから始まるステップを繰り返しプリアンブルを再伝送する（Ｓ１０８）。

一方、基地局２００では、図６に図示したように、プリアンブル捕捉表示信号の伝送を制御する。まず、基地局２００は端末装置でＲＦ信号を受信し（Ｓ２０１）、すべての利用可能なプリアンブルシグネチャでプリアンブルに対する同期を獲得するため、プリアンブル符号捕捉を行う（Ｓ２０２）。ついで、基地局はプリアンブルが捉えたかどうかを確認し、捉えたプリアンブルシグネチャを決定し（Ｓ２０３）、捉えたプリアンブルシグネチャに該当する捕捉表示信号を発生させ、これを全ての端末装置に伝送する（Ｓ２０４）。

そして、基地局２００はプリアンブル符号捕捉ステップで獲得したマルチパスの時間遅延情報とフェーディング位相情報を獲得し、捉えたプリアンブルシグネチャの情報を利用して逆拡散符号を発生し、受信準備をし（Ｓ２０５）、端末装置で逆方向共通チャンネルを介して伝送したデータを受信し、復調およびチャンネル復号化過程などを通じてユーザ情報データを受信する（Ｓ２０６）。

以上の動作をさらに詳しく説明する。端末第１決定部１１０が外部からイネーブルされると、イネーブルされた端末第１決定部１１０が伝送するデータの特性によって分類されたプリアンブルシグネチャの集合から１つのプリアンブルシグネチャをランダムに選択し、同時に接続スロットもランダムに選択する。ついで、端末第１伝送部１２０が共通帯域拡散符号を使用してプリアンブルシグネチャを帯域拡散させて伝送するプリアンブルを発生させ、選択された伝送スロットでプリアンブルを伝送させる。この時、端末選択部１３０は端末第１伝送部１２０に結合してプリアンブルを端末第２プロセッサ１４０で出力して基地局２００に伝送する。

これによって基地局２００では基地局プロセッサ２１０が端末装置１００から伝送されたプリアンブルを受信してこれを基地局同期部２２０に出力して、基地局同期部２２０は使用可能な全てのプリアンブルシグネチャでプリアンブル符号捕捉を遂行して捕捉如何に関する情報を基地局決定部２３０に出力する。そして、基地局決定部２３０は基地局同期部２２０から各プリアンブルシグネチャに関する情報が受信され捉えたプリアンブルシグネチャを決定し、これを基地局伝送部２４０と基地局トランシーバ２５０に出力する。ついで、基地局伝送部２４０が捉えたプリアンブルシグネチャが受信され、捉えたプリアンブルシグネチャに該当する信号を発生し、順方向共通チャンネルを利用して基地局プロセッサ２１０を通じて端末装置１００に信号を出力する。これと同時に、基地局トランシーバ２５０は基地局決定部２３０から捉えたプリアンブルシグネチャを受信し捉えたプリアンブルシグネチャに該当する帯域拡散符号を利用して端末装置１００から伝送されるデータを受信する準備をする。

一方、端末受信部１５０は基地局２００から順方向共通チャンネルを通じて伝送された捕捉表示信号を端末第２プロセッサ１４０を介して受信され、伝送したプリアンブルが捉えたかどうかを確認して、これの確認如何を端末第２決定部１６０に出力する。

この時、端末第２決定部１６０が伝送したプリアンブルの捕捉成功を確認した場合には、決定部１６０が端末第１決定部１１０と端末第１伝送部１２０をディセーブルにし、端末第２伝送部１８０が端末第１プロセッサ１７０により伝送されたプリアンブルシグネチャに該当する帯域拡散でフォーマットされたユーザ情報データを帯域拡散させ端末選択部１３０に出力する。そして、端末選択部１３０では、端末第２決定部１６０からプリアンブルシグネチャの捕捉表示信号を受信し端末第２伝送部１８０に対しスイッチを閉じ、信号を端末第２プロセッサ１４０を通じて基地局２００に伝送することになる。ついで、伝送されたデータは基地局プロセッサ２１０を通じて基地局トランシーバ２５０に入力され、基地局トランシーバ２５０では、逆方向共通チャンネルを介して予め確認した帯域拡散符号を利用して復調および復号化過程を通じてデータを復旧することになる。

一方、端末第２決定部１６０が、伝送されたプリアンブルシグネチャを捉えなかったことを確認した場合には、端末第１決定部１１０と端末第１伝送部１２０がイネーブルにされる。すなわち、端末第１決定部１１０では、プリアンブルシグネチャの集合から１つのプリアンブルシグネチャをランダムに新しく選択し、同時に、接続スロットもランダムにまたは決定的に選択する。

このような初期プリアンブル伝送と同様に、端末第１伝送部１２０では共通帯域拡散符号を使用して決定されたプリアンブルシグネチャを帯域拡散させ伝送するプリアンブルを発生させ、選択された接続スロットにおいてプリアンブルを伝送させる。この時、端末選択部１３０は端末第１伝送部１２０に接続して、プリアンブルを端末第２プロセッサ１４０に出力し、このプリアンブルを基地局２００に伝送することになる。そして、動作等は、制限された繰り返し数で繰り返すことになり、繰り返し回数はシステムロードされるトラフィックのバランス、その他のシステム条件に依存する。

図７は、符号分割多重接続方式における逆方向（上り方向）共通チャンネルのランダム接続装置の動作の一例を示す。

まず、図７に示したように、フレーム周期が１０msであり、１つのスロットは１.２５msであると仮定すると、１つのフレーム周期には８個の接続スロットが存在し、１つのプリアンブルは１msを占めることになる。従って、接続スロットは１msのプリアンブル持続時間と０.２５msの遊休時間（アイドルタイム）で構成される。また、基地局２００で接続スロットは１msの捕捉表示信号持続時間と０.２５msの遊休時間で構成される。また、説明を簡単にするため、１つのフレーム持続時間内にプリアンブルシグネチャが２つであり、短いデータだけ利用可能な場合のみを考慮する。

図７では、最初の接続スロット開始時点（Ｔ₀）以前に伝送するデータが、ある端末装置のうち３つの端末装置が、あるプリアンブルシグネチャと同一な伝送スロットをランダムに選択すると仮定する。この時、基地局２００では、捉えるプリアンブルはないし、これは充分なパワーレベルを有するプリアンブルがないためである。この時、基地局２００は信号フォーマット＃２と＃４のネガティブ捕捉表示信号と信号フォーマットの＃１と＃３の捕捉されなかった表示信号だけを伝送する。それで、各端末装置はランダムに選択されるか、所定の接続スロットでランダムに選択されたプリアンブルシグネチャと増加されたパワーレベルで各プリアンブルを再伝送しなければならない。

端末装置がオープンループパワー制御（open loop power control）により充分なパワーレベルを決定し、次の接続スロットＴ₁において、他のプリアンブルシグネチャで各プリアンブルを伝送する。２個のプリアンブルすべては十分に捉えられ、ポジティブまたはオン−捕捉表示信号（on-acquisition indication signal）が全ての端末装置で受信される。したがって、端末装置は接続スロットＴ₂において１０msの間、各ユーザ情報データを伝送することになる。もちろん、データ伝送のアクセス時刻は、Ｔ₃またはＴ₄に延びることができる。

タイムスロットＴ₂でも、２個の端末装置が同じプリアンブルシグネチャでプリアンブルを伝送し、基地局がプリアンブル符号同期の捕捉に成功する場合もある。そのため、２つの端末装置が自身のプリアンブルシグネチャに該当するポジティブまたはオン−捕捉表示信号を受信し、それらのユーザ情報データを所定の時刻で伝送する。この場合、捉えたプリアンブル等の全てのパワーレベルが基地局でプリアンブル符号捕捉を行う程充分であるならば、受信器が他のユーザ情報データからマルチパス信号を合成するため、基地局はユーザ情報データの受信に成功することができない。しかし、ただ１つのプリアンブルのみが充分なパワーレベルを有すれば、基地局の受信機がただ１つのユーザ情報データのマルチパス信号を充分なパワーレベルで合成し、ユーザ情報データの復調に成功し復号化することが可能である。

図８では本発明にかかる逆方向共通チャンネル装置の干渉信号レベルの一例を示す。図８で実線で示すレベルは、従来の逆方向共通チャンネルの任意接続装置の干渉レベルであり、破線で示すレベルは本発明にかかる逆方向共通チャンネルのランダム接続装置の干渉信号レベルを示す。斜線を施した部分は従来に比べて本発明にかかる逆方向共通チャンネルのランダム接続装置による干渉信号レベルの減少量を示す。

図８から分かるように、本発明にかかる逆方向共通 チャンネルの任意接続装置は、多量の不要なデータ伝送を抑制することによって、干渉信号レベルを減少させ、全体的な収容容量を増大させると共に、他のチャンネルを使用するユーザに及ぼす影響を最小化できるし、プリアンブル単位で再伝送することが可能であるために、さらに早いデータ伝送が可能になる。

次に、上述した動作と類似の動作を利用して、種々のサイズの短いデータの伝送サービスを説明する。この時、データ長さが所定水準を超過する場合には、専用チャンネルや予約要求が必要であるため、任意接続方式により受容されるデータの長さは既存フレーム単位の整数倍であり、その種類も制限的である。例えば、ランダム接続方式が長さがフレーム長の４倍のデータを収容することができれば、端末装置は長さがフレーム長の４倍を越えるデータに対する専用チャンネル割当や予約チャンネルを要求しなければならない。

この時、まず、基地局でパケットアクセスのために割り当てられたプリアンブルシグネチャをデータの長さによって分類し、全ての端末装置に認知させなければならない。このようにすることによって、他のデータの長さによるトラフィックのバランスを考慮しながら、プリアンブルシグネチャを動的に割り当てることが容易になる。

そして、端末装置が逆方向共通チャンネルでデータを伝送しようとする時、これらは伝送するデータの長さと伝送率のようなデータトラフィックの特性を決定する。もし端末装置が本発明にかかるランダム接続方法と装置を介してデータを伝送しようとする場合には、プリアンブルシグネチャでプリアンブルを伝送し、捕捉表示によってデータを含むメッセージ信号を伝送することになる。もし端末装置が専用チャンネルまたは予約チャンネルを介してデータを伝送しようとすれば、プリアンブルシグネチャでプリアンブルを伝送し、捕捉表示信号による専用チャンネルまたは予約チャンネルを要求するメッセージ信号を伝送する。例えば、端末装置が４０msのデータをランダム接続方法および装置で伝送しようとすれば、端末装置は４０msデータに割り当てられたプリアンブルシグネチャのうちの１つでプリアンブルを伝送し、４個の１０msフレームを構成し、このフレームを連続して伝送する。そして、もし連続的に伝送したフレームのうちの１つが伝送に失敗すれば、ただ１つだけが再伝送される。この時、端末装置は上述した方法と同様の方法で再伝送するデータ特性に割り当てられた新しいプリアンブルシグネチャを選択し、プリアンブルとメッセージ信号を伝送する。

次に、端末装置が中間の長さのデータを伝送するために一時的にチャンネルを予約する必要がある場合、逆方向共通チャンネルを利用してチャンネル予約を要求する動作を説明する。

すなわち、一応基地局２００でチャンネル予約のためのデータを正確に受信した場合には、チャンネル予約如何、予約された時刻、拡散符号、そして許容可能な最大伝送率などを該当端末装置に通知し、これを受信した端末装置を予約された時刻で帯域拡散符号を使用して許容可能な最大伝送率内でデータを伝送することになる。この際、基地局２００では順方向共通チャンネルを利用したパワー制御コマンド（Power Control Command）信号または専用チャンネルを予約された端末装置に伝送して、クローズドループパワー制御を行うことになる。

端末装置がチャンネル予約の間、チャンネル予約条件を変更しようとする場合には、初期チャンネル予約のためにプリアンブルを伝送する方法と同じ方法で変更しようとするチャンネル予約条件に関するデータを伝送することになる。また、現在の伝送率が許容最大伝送率より低い時には、変更するチャンネル予約条件に関するデータで伝送する現在メッセージを多重化することができる。そして、チャンネル予約が完了した時点では端末装置は最後の所定のフィールドで完成情報をピギーバック（piggyback）し、これを基地局に伝送し、基地局２００は予約されたチャンネルと時間を解除させ、これを全ての端末装置に通知する。

上述した中間の長さのデータをチャンネル予約する方法は今後サービスが予想されるパケット音声サービスのような応用分野にも使用することができる。

一方、伝送データが長かったりあるいは音声信号をサービスするために、専用チャンネルが要求される場合には、上述したチャンネル予約の際と類似した方法が使われる。まず、端末装置が専用チャンネルのために割り当てられたプリアンブルシグネチャの中からランダムに１つを選択してプリアンブル伝送し、基地局２００からプリアンブル符号捕捉の捕捉表示信号を受信して専用チャンネル要求のためのデータを伝送することになる。そして、端末装置は基地局２００から専用チャンネルの割当如何（すなわち、割り当ての可否）と帯域拡散符号等に対する情報が通報された後、専用チャンネルを利用してデータを送受信することになる。この場合にも、チャンネル予約要求（すなわち、チャンネル予約用に割り当てられたプリアンブルシグネチャの中から一つを選択してプリアンブルを伝送する）と異なり、端末装置はフレームの長さに制限されることなく、データを伝送することができる。しかも、１つ以上の専用チャンネルが逆方向と順方向の全てに割り当てられるために、クローズドループパワー制御を簡単に具現することができる。

以上、本発明の望ましい実施例を図示し説明したが、種々の変更、修正等を行うことができる。詳述した説明は本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の範囲は請求範囲により定義される。

１００ 端末装置
１１０ 端末第１決定部
１１１ シグネチャ記憶部
１１２ シグネチャ選択部
１１３ スロット選択部
１１４ パワー決定部
１２０ 端末第１伝送部
１３０ 端末選択部
１４０ 端末第２プロセッサ
１５０ 端末受信部
１６０ 端末第２決定部
１７０ 端末第１プロセッサ
１８０ 端末第２伝送部
２００ 基地局
２１０ 基地局プロセッサ
２２０ 基地局同期部
２３０ 基地局決定部
２４０ 基地局伝送部
２５０ 基地局トランシーバ

Claims (16)

1. 符号分割多重接続方式を用いて基地局にデータを伝送する無線端末装置において、
   ランダムに選択されたプリアンブルシグネチャを用いてプリアンブル信号を発生するプリアンブル発生機と、
   伝送するためのデータを発生するデータ発生機と、
   ランダムに選択された接続スロットを用いて前記プリアンブル発生機から発生されたプリアンブル信号を前記基地局に伝送するプリアンブル伝送機と、
   前記基地局から前記伝送したプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信した場合に前記基地局に前記データを伝送し、前記伝送したプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信することができない場合にランダムに選択されたプリアンブルシグネチャを用いてプリアンブル信号を発生させ、発生されたプリアンブル信号を再伝送するように制御する伝送制御機と
   を含むことを特徴とする無線端末装置。
2. 前記伝送制御機は、前記プリアンブル信号を再伝送するための接続スロットをランダムに選択することを特徴とする請求項１に記載の無線端末装置。
3. 前記伝送制御機は、前記プリアンブルおよびデータが逆方向共通チャネルを介して前記基地局に伝送されるように制御することを特徴とする請求項１に記載の無線端末装置。
4. 前記プリアンブルシグネチャは、トラフィック特性によって分類された複数の利用可能なプリアンブルシグネチャからランダムに選択されることを特徴とする請求項１に記載の無線端末装置。
5. 符号分割多重接続方式を用いて無線端末装置から基地局にデータを伝送する方法において、
   利用可能な複数のプリアンブルシグネチャからランダムに選択したプリアンブルシグネチャを用いてプリアンブル信号を発生するステップと、
   伝送するためのデータを発生するステップと、
   ランダムに選択された接続スロットを用いて前記発生したプリアンブル信号を前記基地局に伝送するステップ、
   前記基地局から前記伝送されたプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信した場合に前記基地局に前記データを伝送するステップと、
   前記基地局から前記伝送されたプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信することができない場合にランダムに選択されたプリアンブルシグネチャを用いてプリアンブル信号を発生させ、発生されたプリアンブル信号を再伝送するステップと
   を含むことを特徴とする方法。
6. 前記プリアンブル信号を再伝送するための接続スロットはランダムに選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記プリアンブルおよびデータは、逆方向共通チャネルを介して前記基地局に伝送されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
8. 前記プリアンブルシグネチャは、トラフィック特性によって分類された複数の利用可能なプリアンブルシグネチャからランダムに選択されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
9. 符号分割多重接続方式を用いて基地局にデータを伝送する無線端末装置において、
   ランダムに選択されたプリアンブルシグネチャを用いてプリアンブル信号を発生するプリアンブル発生機と、
   伝送するためのデータを発生するデータ発生機と、
   ランダムに選択された接続スロットを用いて前記プリアンブル発生機から発生したプリアンブル信号を前記基地局に伝送するプリアンブル伝送機と、
   前記基地局から前記伝送したプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信した場合に前記基地局に前記データを伝送し、前記伝送したプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信することができない場合にランダムに選択された接続スロットを用いてプリアンブル信号を再伝送するように制御する伝送制御機と
   を含むことを特徴とする無線端末装置。
10. 前記伝送制御機は、ランダムに選択されたプリアンブルシグネチャを用いて前記再伝送用プリアンブル信号を発生させるように制御することを特徴とする請求項９に記載の無線端末装置。
11. 前記伝送制御機は、前記プリアンブルおよびデータが逆方向共通チャネルを介して前記基地局に伝送されるように制御することを特徴とする請求項９に記載の無線端末装置。
12. 前記プリアンブルシグネチャは、トラフィック特性によって分類された複数の利用可能なプリアンブルシグネチャからランダムに選択されることを特徴とする請求項９に記載の無線端末装置。
13. 符号分割多重接続方式を用いて無線端末装置から基地局にデータを伝送する方法において、
    利用可能な複数のプリアンブルシグネチャからランダムに選択したプリアンブルシグネチャを用いてプリアンブル信号を発生するステップと、
    伝送するためのデータを発生するステップと、
    ランダムに選択された接続スロットを用いて前記発生したプリアンブル信号を前記基地局に伝送するステップと、
    前記基地局から前記伝送されたプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信した場合に前記基地局に前記データを伝送するステップと、
    前記基地局から前記伝送されたプリアンブル信号の捕捉を表す捕捉表示信号を受信することができない場合にランダムに選択された接続スロットを用いてプリアンブル信号を再伝送するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
14. 前記再伝送用プリアンブル信号は、ランダムに選択されたプリアンブルシグネチャを用いて発生することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記プリアンブルおよびデータは、逆方向共通チャネルを介して前記基地局に伝送されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. 前記プリアンブルシグネチャは、トラフィック特性によって分類された複数の利用可能なプリアンブルシグネチャからランダムに選択されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。

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