JP5048864B2 - セルラー環境における高速データ通信の方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、通信システムに関するものである。特に、本発明は、無線セルラー(cellular)通信環境の高速データ通信を行う新規で改善された方法と装置に関するものである。

無線通信技術の進歩に伴い、無線環境においても高速データサービスの要求が急激に高まってきた。符号分割多元接続（ＣＤＭＡ）変調は、デジタルデータ送信に最も適したデジタル無線送信技術の一つである。デジタル無線送信の他の方法としては、時分割多元接続（ＴＤＭＡ）と周波数分割多元接続（ＦＤＭＡ）とがある。

しかしながら、ＣＤＭＡのスペクトル拡散変調技術は、他の変調技術に比べて非常に有利なものである。多元接続通信システムのＣＤＭＡ技術の使用は、この発明の譲渡人に譲渡されているＵＳパテントＮｏ．４，９０１，３０７の“衛星又はテレストリアル・リピータを使用するスペクトル拡散多元接続通信システム”に開示されている。多元接続通信システムへのＣＤＭＡ技術の使用は、更にＵＳパテントＮｏ．５，１０３，４５９の“ＣＤＭＡセルラー電話システムの信号波形の供給装置とこの方法”に更に開示されているものである。ＣＤＭＡ変調を使用するデジタル無線通信は、電話信産業協会（ＴＩＡ）により、デュアル・モード・ワイド・バンド・スプレッド・スペクトラム携帯電話システムにおけるＴＩＡ／ＥＩＡ／ＩＳ−９５−Ａ 移動局・基地局コンパチビリティ標準（以後、ＩＳ−９５とする）により標準化されている。

現行の無線通信システムは、比較的低い通信レートでの通信を可能にするだけである。更にほとんどの現行無線通信システムは、デジタルデータの送信には最適化されておらず、むしろ音声情報の送信に最適化されている。従って、無線環境にてデジタルデータの高速送信する方法が望まれている。

本発明は、セルラー環境にてデジタルデータを送信するための新規な改善された装置及び方法である。本発明においては、セルラーシステムの隣接した複数のセルが、同時にデータ送信することを阻止されるものである。つまり、もしセルの境界の片側にある第１基地局が送信しているときは、セルの境界線のもう片側の第２基地局は、第１基地局の送信期間の間中休止状態である。何故なら、隣接セルからの送信のノイズは干渉の主要な原因となるので、隣接セルからのノイズが削減できれば、出力制限された基地局の送信レートを劇的に増加させることができる。

本発明において、基地局からの全ての送信は固定出力レベルで送信され、セル内の各加入者局への送信は、非重複バーストで行われる。このように基地局の送信中は、この送信はセル内で一つの加入者局に向けられ、これにより、加入者局が利用可能なデータレートを最大にするその加入者局にデータを送信するために、利用可能な全出力量を使用することが可能となる。

これを明確にするべく、二つの異なるしかし関連したレートが示される。一つは、ユーザ生成情報ビットのレートを示す情報レートである。二つ目は無線で(over the air)送信されるビットのレートである送信レートである。

送信が固定出力レベルで行われる際、基地局と加入者局との間で送信が可能な情報量は、技術的に知られているリンクの予算的ファクタ(factor)に伴って変化する。無線システムで最も重要なリンクの予算的ファクタは、基地局と加入者局との間のパス(path)損失である。パス損失は、基地局と加入者局との間の距離に強く関連している。

本発明において、各加入者局への送信は固定送信出力レベルで行われる。しかし、送信信号情報レートは、加入者局と基地局との距離に対応しているわけではない。第１実施形態においては、送信レートを一定に保ちながら、送信信号の符号化レートを選択することにより、加入者局への送信の情報レートが決定される。第２実施形態においては、加入者局への送信の情報レートを直接変える送信信号の変調フォーマットを選択することにより、加入者局への送信のデータレートを決定する。

図１は地理的領域の典型的なセルを示す概略図である。 図２は基地局コントローラと、基地局と、加入者局との相互関係を示す概略図である。 図３は、本発明の例示的なタイミング図とフレームフォーマットの概略図である。 図４は本発明のセルを示すブロック図である。 図５は本発明の基地局を示すブロック図である。 図６は本発明の加入者局を示すブロック図である。 図７はセルを多くの狭いセクタに分割した例を示す概略図である。

詳細な説明

本発明の特徴、目的、効果は、参照符号で関連づけられた図面と以下に示された詳細な説明から明らかになるものである。
以下の記載において、同一の参照符号が基地局により供給されるセルまたは領域と基地局それ自身との記載に用いられる。本発明においては、二つの近接するセルは、同時に送信することを禁止されている。このように、図１において、基地局１が送信していれば、基地局２Ａ−２Ｆは送信を妨げられる。セルラー環境において送信中の基地局により経験されるノイズ（Ｎ_０）は、以下の等式（１）により表される。

Ｎ_０＝Ｎ_ｂ＋Ｎ_ｍ＋Ｎ_ｔ＋Ｎ_ｒ （１）
ここで、Ｎ_ｂが近接するセルの基地局からのノイズ、Ｎ_ｍは、マルチパス反射からの干渉、Ｎ_ｔはシステム内の熱雑音、Ｎ_ｒは他の全てのノイズソースをそれぞれ意味する。

ノイズ値（Ｎ_０）は、出力制限された無線通信システムの送信可能な情報量を限定する。本発明は、二つの隣接セルの同時の送信を阻止することにより、隣接するセルからのノイズＮ_ｂを除去するものである。更に、基地局が一時に一つの加入者局だけに送信するため、利用可能な全てのエネルギーをその一つの加入者局への送信に使用することが可能である。全体のノイズ（Ｎ_０）を減衰し、与えられた加入者局への送信に利用可能な出力を増加することにより、加入者局への送信の利用可能な情報レートを非常に増加させることができる。

図２を参照すると、基地局コントローラ（ＢＳＣ）４は、地理的な領域内の多くの基地局の操作を制御している。本発明において、ＢＳＣ４は、基地局１、２Ａ−２Ｆ、３Ａ−３Ｆの送信を、隣接した２つのセルが同時に送信しないように調節するものである。本発明においては、ＢＳＣ４は、選択された基地局１，２Ａ−２Ｆ、３Ａ−３Ｌの選択された一つへ信号を送信し、その選択された基地局に所定の時間インターバル中の送信を指示する。

好ましい実施形態として、セルは隣接しないセルのセットとしてグループ化され、このセット内のセルの任意のものは同時に送信することができる。例えば、第１の隣接しないセルのセットは、セル２Ａ、２Ｃ、２Ｅ、３Ｃ、３Ｋ、３Ｇで構成される。第２の隣接しないセルのセットは、セル２Ｂ、２Ｄ、２Ｆ、３Ａ、３Ｅ、３Ｉで構成される。この実施形態において、ＢＳＣ４は送信が可能な隣接しないセルのサブセットを選択し、その隣接しないセルのセット内の任意または全てのセルはフレームサイクルの間に送信可能である。

図３のタイミングチャートに関して、ＢＳＣ４は、基地局１に時間０において送信メッセージを送る。更に好ましくは、ＢＳＣ４は、基地局１を含む隣接していない基地局のセットの全ての基地局へメッセージを送る。そのメッセージに応答して、基地局１は０からＴまでの時間インターバル中に送信する。時間Ｔにおいて、ＢＳＣ４は、時間Ｔと時間２Ｔとの間の時間インターバル中に送信するように基地局２Ａに指示するメッセージを基地局２Ａへ送る。この工程は、図３に示される基地局２Ｂ−２Ｆの各基地局に関して繰り返される。時間７Ｔのとき、ＢＳＣ４は、時間７Ｔと８Ｔとの間の時間インターバル中に送信する基地局１へメッセージを送る。

基地局２Ａ−２Ｆの一つが送信しているとき、２つの基地局が共通のセル境界線を分かち合わない限り、基地局２Ａ−２Ｆのサブセットが送信していることが可能である。例えば、基地局２Ａが送信しているとすれば、次にセル１，２Ｂ、３Ｆ、３Ｅ、３Ｄと、２Ｅは送信ができず、これはこれらがセル２Ａに隣り合っているからである。しかし、セル２Ｃ−２Ｆは、セル２Ａに隣り合っていないからこの期間に送信が可能である。更に好ましくは、システムの基地局の送信を調整する管理の複雑さを軽減するために、送信の時間インターバルを同じである。時間インターバルの変更の使用を可能なものとして予測することに注目すべきである。

図３に示されている例示的な実施形態において、セルの送信サイクルを単純で決定的な (deterministic)パターンをたどる。この簡単で決定的な送信サイクルでは、各基地局は所定の時間にＢＳＣ４での制御無しに送信可能なため、基地局はＢＳＣ４の制御下での動作が必要なくなることが認識される。好ましい実施形態においては、送信サイクルは、図３に示すような簡単で決定的なパターンで決定されなくとも良い。

この好ましい実施形態において、ＢＳＣ４は、隣り合わない基地局のセット又は一つの基地局基地局での送信のために待ち行列に入れられた(queqed)情報の量に従って、送信すべき該隣り合わない基地局のセット又は該一つの基地局を選択する。その好ましい実施形態では、ＢＳＣ４は、隣接しない基地局のセット又は各基地局により維持されるキュー(queue)の中のメッセージの量を監視し、キューのデータ量に基づいて送信を行うべき基地局を選択する。

各セルは複数の加入者局を含んでおり、その各々は、データがこのセルに供給する基地局によってそれらへ送信されることを必要とする。例示的な実施形態において、基地局は、それがヘッダにより送信している加入者局の同一性(identity)を指定する。図３を参照すると、第１時間インターバル（時間０からＴ）において、基地局１は、選択された加入者局に送信する。例示的な実施形態では、各フレームは、持続期間が２ｍｓである。送信データは、選択された加入者局を確認するヘッダを与えられる。

別の実施形態においては、各セルは狭いセクタに分割され、ここで各セクタは、セル内の他のセクタへの送信から独立して送信されることができる。これは、高い指向性のアンテナにより可能であり、その設計は技術的に知られている。図７は基地局５１０により供給されるセル６００を示し、それはセクタ５００Ａ−５００Ｏへ分割される。この実施形態において、同様にセクタ化された通信システムの各セルは、ランダムセクタ又はその中のセクタのサブセットに送信する。隣接するセクタからの同時送信が重複する可能性は、各セルが十分多くの数のセクタに分割される限り小さい。

図３に関して、全ての順方向リンク送信は、同一のエネルギーＥ_０で与えられ、それは一般に政府が許可する最大送信エネルギーである。等式（２）は、固定された出力（Ｅ_０）をもつ無線通信システムのパラメータの関係を示す一般リンク予算分析を示すものである： Ｅ_０＝Ｒ（ｂｉｔｓ／ｓ）（ｄＢ）＋（Ｅｂ／Ｎｏ）ｒｅｑ（ｄＢ）
＋Ｌ_ｓ（ｄＢ）＋Ｌ_ｏ（ｄＢ） （２）
ここで、Ｅ_０は基地局の固定送信エネルギーであり、Ｒは送信レートであり、（Ｅｂ／Ｎｏ）ｒｅｑは与えられたエラーレートの要求される信号対雑音比であり、Ｌ_ｓはデシベルでのパス損失であり、Ｌ_ｏはデシベルでの他の損失である。パス損失Ｌ_ｓは、基地局と加入者局との間の距離に非常に依存している。本発明では、送信レート、Ｒ、又は要求される信号対雑音比、（Ｅｂ／Ｎｏ）ｒｅｑは、基地局と加入者局との間の距離に基づいて変化する。

図４に関して、三つの加入者局６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、セル境界線１０の中に設けられており、基地局１により供給される。加入者局６Ａ、６Ｂ、６Ｃへの距離は、それぞれｒ１，ｒ２，ｒ３である。別の実施形態では、実効距離が用いられ、この実効距離とは、基地局と加入者局との間のパス損失に従って選択される測定規準(metric)である。実効距離は、基地局と加入者局との間の物理的な距離に関連しているが、それと同じものではないことが当業者により認識されるであろう。実効距離は、伝播パスのコース(course)と物理的な距離との両方に関連している。

式（２）に戻れば、パス損失（Ｌ_ｓ）の差の影響は、（Ｅｂ／Ｎｏ）ｒｅｑの値を変えることで相殺して他の全てを一定に保つことができる。（Ｅｂ／Ｎｏ）ｒｅｑの値は、送信データを保護するために用いられるエラー検出および補正技術に基づいている。符号化レートとは、符号器から出力された二進法の記号の数と符号器に入力されるビット数との比率のことである。一般に、送信システムの符号化レートが高くなると、それだけ一層送信信号への保護は大きくなり、その信号の要求される信号対雑音比（Ｅｂ／Ｎｏ）ｒｅｑは低くなる。このように、本発明の第１の例示的な実施形態において、加入者局への送信の符号化レートは、加入者局と基地局との距離に基づいて選択される。通信システムは、帯域幅が制限されているので、使用される符号化レートが高くなると、システムのスループットは結果的に低下する。

式（２）において、パス損失（Ｌ_ｓ）の差の影響は、送信レートＲの値を変えることで相殺することができる。送信レートＲは次式によって与えられる：
Ｒ＝Ｒ_ｓ・ｌｏｇ_２Ｍ （３）
ここで、Ｒ_ｓは送信される記号の数であり、Ｍは変調配置での記号の数である。このように、加入者局と基地局との距離が大きいと、送信レートＲは減少する。本発明において、送信レートは、変調フォーマットを、変調配置(constellation)において記号数がもっと多いかあるいはもっと少ないものに変更することによって変えられることができる。ところが、基地局と加入者局との距離が小さいとき、送信レートＲは増加する。第２の例示的な実施形態において、変調フォーマットの選択により記号レートは設定される。情報レートは、符号化されていないユーザ情報の実際のビットが送信されるレートである。

物理的な距離と実効距離とが密接に関係していると仮定すると、基地局１は、加入者局６Ｂに送信するよりも低い情報レートで、加入者局６Ａへ送信することになり、これは、加入者局６Ａへの実効距離は、加入者局６Ｂへの実効距離よりも長いからである。

例示的な実施形態において、各加入者局は、その所在地を示すメッセージを、セルに供給する基地局へ送信する。別の実施形態では、加入者局の場所を推定するための通信局による技術的に知られた位置検出方法が用いられる。更に別の実施家形態では、基地局が基地局と加入者局との間のパス損失の測定に従って決定した実効距離を使用する。パス損失の測定は、知られている出力の信号を基地局から送信してその受信された出力を加入者局で測定することにより行われることができる。同様に、パス損失の測定は、加入者局の既知の出力の信号を送信し基地局で既知の受信出力の測定することで可能である。基地局と加入者局との距離の関連は、測定したパス損失に基づいて物理的な距離と実効距離とにそれぞれ等しく対応する。

本発明において、初期の符号化レートや変調フォーマットが選択され、セットアップ手順中にこれが与えられる。次に、距離が求められる。距離において十分な変更があれば、サービス中に、新しい符号化レート又は変調フォーマットが、新たな距離に従って選択される。

第１の実施形態において、基地局は基地局と加入者局との間の距離に従って符号化レートを選択する。基地局は、選択符号化レートの指示を受信している加入者局へ送信する。受信している加入者局は、選択された符号化レートに従って、選択された符号化レートでの使用に適した復号フォーマットを選択する。

第２の実施形態においては、基地局は、基地局と加入者局との間の距離に基づいて変調フォーマットを選択する。基地局は次に、選択された変調フォーマットの指示を受信中の加入者局に送信する。受信中の加入者局は、選択された変調フォーマットに従って変調された信号の受信に適する復調器を、選択された変調フォーマットに従ってセットアップする(sets up)。

基地局１の例示的な実施形態のブロック図は、図５に示されている。加入者局６Ａの例示的な実施形態のブロック図は、図６に示されている。

第１の実施形態において、加入者局への送信のための符号化レートは、基地局と加入者局との間の距離に従って選択される。このように、情報レートは、複数の符号化レートの一つを選択することで固定されたままにされる送信レートＲにより変えられる。最初に、加入者局６Ａは基地局１に登録する。この登録工程において、移動局６Ａは、その存在を基地局１に報知し、技術的に知られているように基本システムセットアップタスクを実行する。装置の登録に関する実施形態は、“移動通信装置の登録方法”のタイトルの、この出願の譲渡人に譲渡されているＵＳパテントＮｏ．５，２８９，５２７に詳細に記述されている。

例示的な実施形態として、加入者局６Ａの信号ジェネレータ２１８は、位置を示すメッセージを発生し、送信サブシステム２１６にこのメッセージを供給する。送信サブシステム２１６は、符号化し、変調し、アップコンバートし、メッセージを増幅し、アンテナ２００を通じた送信のためのデュプレクサを介してメッセージを供給する。位置メッセージはアンテナ１２０により受信され、受信機サブシステム１１８に供給される。受信機サブシステム１１８は、受信した位置メッセージを増幅しダウンコンバートし復調し復号して、これを送信コントローラ１０４に供給する。

本発明の例示的な実施形態において、移動局６Ａは、位置を表示するメッセージを、登録工程中に基地局１に送信する。更に、その例示的な実施形態においては、加入者局６Ａはこれ自身の移動を追跡し、距離が少なくとも一定の量だけ変われば、加入者局６Ａはその新しい位置の指示を送信する。既に述べたように、加入者局の位置を決定する代わりの方法、又はパス損失の測定に基づく方法を用いることができる。例示的な実施形態では、位置情報が基地局１の送信コントローラ１０４に与えられ、それは基地局１と加入者局６Ａとの間の距離を計算する。

送信コントローラ１０４は、基地局１と加入者局６Ａとの間の距離に従って符号器レートを選択する。好ましい実施形態において、基地局１と加入者局６Ａとの間の距離は、図４に示されるように、離散値に量子化される。図４において、基地局１と円７Ａとの間に位置する全ての加入者局は、第１符号化レートにて情報を受信する。円７Ａと円７Ｂとの間に位置する全ての加入者局は、第２符号化レートにて情報を受信する。円７Ｂと円７Ｃとの間に位置する全ての加入者局は、第３符号化レートにて情報を受信する。例えば図４において、基地局１に近い加入者局６Ｂに送信しているとき、基地局１はレート１／２コードを使用する。しかしながら、基地局１から遠い加入者局６Ａに送信しているときは、基地局１はレート１／８コードを使用する。

もし加入者局と基地局との距離が非常に大きければ、より高い符号化レートのコードが選ばれる。ところが、基地局と加入者局との距離が短かった場合、より低い符号化レートが選ばれる。加入者局６Ａに用いられるエラー補正と検出方法は、与えられたエラーレートに対して、より低い要求される信号対雑音比（ＥｂＮ０）ｒｅｑを許す。符号化のレートが低くなると、訂正できるエラーが増え、要求される信号対雑音比（Ｅｂ／Ｎ０）ｒｅｑが減少する。

第１の実施形態において、送信コントローラ１０４は、上記したように符号化レートを選び、加入者局６Ａに選択されたレートの指示を送る。例示的な実施形態において、符号化レートを示したメッセージが、登録工程の間に、ページングチャンネルで送信される。ページングチャンネルは、基地局から加入者局への短いメッセージを送るための無線通信システムに用いられる。好ましい実施形態では、無線通信システムは、基地局１に、トラヒックチャネルで送信される次のメッセージにより符号化レートを変更することを許す。符号化レートを変える一つの理由は、加入者局６Ａの位置の変更を可能にできることである。

例示的な実施形態において、選択符号化レートを示すメッセージが送信コントローラ１０４により、そのメッセージを符号化する符号器１０６に与えられる。符号器１０６からの符号化された記号は、インタリーバ１０８に供給され、インタリーバは、所定の再構成 (reordering)フォーマットに従って記号を再構成するものである。例示的な実施形態において、インターリーブされた(interleaved)記号が、インターリーブされた信号を、ＵＳパテントＮｏ．４，９０１，３０７やＮｏ．５，１０３，４５９に開示されたＣＤＭＡ拡散フォーマットに従ってスクランブルするスクランブラ１１０に供給される。

スピスクランブルドレッド（spscrambledread）信号は、所定の変調フォーマットに従って変調する変調器１１２に供給される。例示的な実施形態において、ページングチャネルのための変調フォーマットは、直交位相シフトキー(quadrature phase shift keyed)（ＱＰＳＫ）変調である。変調された信号は、信号をアップコンバートし増幅しアンテナ１１６により送信する送信機１１４に供給される。

符号化レートを指示する送信されたメッセージは、アンテナ２００で受信され、受信機（ＲＣＶＲ）２０２に供給される。受信機２０２では、この受信信号をダウンコンバートし増幅して、復調器２０４に供給する。復調器２０４は、受信信号を復調する。実施形態において、ページングチャンネルのための復調フォーマットは、ＱＰＳＫ復調フォーマットである。例示的な実施形態において、復調された信号はイコライザ(equalizer)２０５に供給される。イコライザ２０５は、例えばマルチパスの影響などの伝搬環境の影響を減少させるチャンネル・イコライザである。チャネルイコライザは、従来から知られているものである。チャネルイコライザの設計と実現は、本発明の譲渡人に譲渡されているＵＳパテントＮｏ．０８／５０９，７２２の“適応デスプレッダ（Despreader）”に開示されている。

イコライズされた(equalized)信号は、前述したＵＳパテントＮｏ．４，９０１，３０７とＮｏ．５，１０３，４５９に詳細に記載されたＣＤＭＡ逆拡散(despreading)のフォーマットに従って信号をデスクランブルする(descramble)デスクランブラ(descrambler)２０６に供給される。逆拡散記号は、デインタリーバ(de-interleaver)２０８に供給され、所定のデインタリーブ(de-interleaving)フォーマットに従って再構成される。再構成された記号は、選択された符号化レートを示すメッセージを復号し、復号されたメッセージを制御プロセッサ２１２に供給する復号器２１０に供給される。

復号されたメッセージに応じて、制御プロセッサ２１２は、高速データ送信に用いる復号フォーマットを指示する信号を復号器２１０に供給する。その例示的な実施形態で、復号器２１０は、各復号フォーマットが対応する異なる符号化フォーマットに対応する複数のトレリス（trellis）復号フォーマットに従って、受信信号を復号することができる。

図５に戻って、セル１中の加入者局（加入者局６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）に送信されるべきデータがキュー１００に供給される。データは、それが送信されるべき加入者局に従ってキュー１００に格納される。加入者局６Ａのデータは、メモリ１０２Ａに格納され、加入者局６Ｂのデータはメモリ１０２Ｂに格納され、加入者局６Ｃのデータは、メモリ１０２Ｃに格納され、以下同様となる。異なる記憶要素（１０２Ａ−１０２Ｎ）は、単に説明目的のためのものであり、キューは一般的に一つのメモリデバイスからなり、単に一例とされている異なるメモリデバイスは、その一つのデバイス中のメモリロケーションのことでうる。

図３において、第１の時間インターバル（ｔ＝０）では、ＢＳＣ４は、送信を基地局に指示するメッセージを送信コントローラ１０４に送る。これに応じて、送信コントローラ１０４は、データがキュー内に位置している時間期間とそのカバレージエリア内にある受信している加入者局を選択する。好ましい実施形態において、受信している加入者局の選択は、カバレージエリア内の加入者局への送信のために待ち行列に入れられたデータの量に基づくものである。送信コントローラ１０４は、受信している加入者局のその選択に基づき記憶要素１０２Ａ−１０２Ｎの一つに信号を選択的に供給する。更に、選択された受信している加入者局に従って、送信コントローラ１０４は、選択された加入者局への送信に用いられる符号化レートを示す信号を符号器１０６へ供給する。

送信コントローラ１０４は、受信している加入者局を特定するヘッダメッセージを符号器１０６に供給する。例示的な１実施形態において、符号器１０６は、全ての加入者局への送信のためのヘッダを符号化するために使用される符号化フォーマットを使用してヘッダメッセージを符号化する。例示的な１実施形態では、ヘッダ情報はデータの残りから分離して符号化し、それゆえ加入者局は、それがその加入者局のためのものでないのなら、送信インターバル中に送信される大量のデータを復号する必要がなくなる。

送信コントローラ１０４は、次に、記憶要素１０２Ａに信号を供給することで、それにデータの供給を指示し、受信している加入者局６Ａへ所定の時間インターバル中に送信することができるデータの最大値を特定する。所定の最大値とは、以下の式（４）に示すように固定された送信レートＲで選択された符号化レート（Ｒ_ｅｎｃ）によって時間インターバルＴ内に加入者局６Ａへ送信できる最大の情報量を意味する。
ＭａｘＤａｔａ＝（Ｒ・Ｔ）／Ｒ_ｅｎｃ （４）
送信コントローラ１０４からの信号に応じて、記憶要素１０２Ａは、符号器１０６へのＭａｘＤａｔａに少ないか同じの量のデータを供給する。

符号器１０６は、選択された符号化フォーマットを用いてデータを符号化し、データの符号化された記号とヘッダメッセージの符号化された記号とを結合する。例示的な実施形態において、符号器１０６は複数の畳込み(convolutional)符号化レートによりデータの符号化を行う。例えば、符号器１０６は、レート１／２，１／３，１／４および１／５畳込み符号化フォーマットを用いてデータの符号化を行うことができる。符号化レートは、データパンクチャリング(puncturing)と典型的に使用される符号器との組合せによって、本質的に任意のレートに変更されることができる。符号器１０６は、インタリーバ１０８に符号化された記号を供給する。

インタリーバ１０８は、所定の再構成フォーマットに従って記号を再構成し、再構成した記号をスクランブラ１１０に供給する。スクランブラはこの記号を所定のＣＤＭＡ拡散フォーマットに従ってスクランブルし、この拡散した記号を変調器１１２に供給する。一つの加入者局６Ａだけが信号を送信されているので、スクランブラ１１０の使用は、多元接続通信の目的ではなく、セキュリティ目的でデータをスクランブルするためのものであり、狭いバンドノイズへの免疫性(immunity)を高めるものであることに注目されたい。

変調器１１２は、所定の変調フォーマットに従って拡散された記号を変調する。例示的な実施形態において、変調器１１２は、１６のＱＡＭ変調器である。変調器１１２は、変調した記号を送信機（ＴＭＴＲ）１１４に供給する。送信機１１４は、信号をアップコンバートしそして増幅し、アンテナ１１６を介して送信する。

送信された信号は、加入者局６Ａでアンテナ２００により受信される。受信信号は、受信機（ＲＣＶＲ）２０２に供給される。受信機２０２は、受信信号をダウンコンバートし増幅する。受信信号は、所定の復調フォーマットに従って信号を復調する復調器２０４に供給される。復調された信号は、上述されたチャンネルイコライザであるイコライザ２０５に供給される。チャンネルイコライズされた信号は、上述した所定のＣＤＭＡ逆拡散フォーマットに従って信号をデスクランブルするデスクランブラ２０６に供給される。デインタリーバ２０８は、逆拡散された記号を再構成し、復号器２１０に供給する。

例示的な実施形態において、復号器２１０は、最初に、再構成された記号内に含まれるヘッダメッセージを復号する。ヘッダメッセージは、送信されている情報が加入者局６Ａへ意図されたものであることを確認するヘッダチェック手段２１４に供給される。もしデータが加入者局６Ａへ意図されたものなら、データの残りが復号される。ヘッダが、データが加入者局６Ａのユーザを意図していることを示しているなら、ヘッダチェック２１４は、残った情報を復号すべきであることを指示する信号を復号器２１０に供給する。別の実施形態においては、全ての情報は復号され、復号工程の後に、ヘッダがチェックされる。

復号器２１０は、制御プロセッサ２１２からの選択された復号フォーマットに従って記号を復号する。復号器２１０は、再構成された記号を、選択された符号化レートに基づいて選択された複数のトレリス復号フォーマットの一つに従って復号する。復号された記号は次に加入者局６Ａのユーザに供給される。

第２の実施形態において、送信コントローラ１０４は、基地局と移動局との間の距離に従って変調フォーマットを選択する。基地局１は、加入者局へ選択された変調フォーマットの指示を送信する。変調フォーマットは、送信レートＲに直接的に影響を及ぼす。式（２）において、パス損失Ｌ_ｓと送信レートＲ以外の全てのパラメータが、この場合に固定される。より高い送信レート（Ｒ）が、変調記号のさらに大きいセットを含む変調フォーマットを使用して送信される。例えば、２８の直交振幅変調（ＱＡＭ）が、基地局に近い加入者局への送信に使用することができる。ところが、１６のＱＡＭ変調は、基地局から更に遠い加入者局への送信に使用される。

例示的な実施形態において、加入者局６Ａは、基地局１へその場所を示すメッセージを送信する。これに応じて、基地局１は、変調フォーマットを選択する。先の実施形態に関して上述したように、送信コントローラ１０４により計算された距離は量子化される。変調フォーマットは、量子化された距離に従って選択される。図４を参照すると、基地局１と円７Ａとの間に位置する全ての加入者局は、第１変調フォーマットを用いて情報を受信する。円７Ａと円７Ｂとの間に位置する全ての加入者局は、第２変調フォーマットを用いて情報を受信する。円７Ｂと円７Ｃとの間に位置する全ての加入者局は、第３変調フォーマットを用いて情報を受信する。例えば、図４においては、基地局１は、基地局１に近い加入者局６Ｂに送信するとき、ＱＰＳＫ変調フォーマットを使用する。反対に、基地局１は、基地局１から遠い加入者局６Ａに送信するときに、６４の直交振幅変調（ＱＡＭ）を用いる。例示的な実施形態において、登録工程の間に、選択された変調フォーマットを示すメッセージがページングチャンネルで送信される。再び、好ましい実施形態において、通信システムが、基地局１に対して、ページングチャンネル上で送信される次のメッセージにより変調フォーマットを変更することを許す。

変調フォーマットを示す送信された信号は、上述された加入者局６Ａにより受信され、制御プロセッサ２１２に供給される。制御プロセッサ２１２は、使用される復調フォーマットを示す信号を復調器２０４に供給する。復調器２０４は、第２の実施形態において、複数の復調フォーマットに従って受信した信号を復調することができる。制御プロセッサ２１２からの信号に応じて、適当な復調フォーマットが選択される。

図５に戻って、セル１内の加入者局（加入者局６Ａ、６Ｂ、６Ｃ）に送信される信号は、キュー１００に供給される。初めの時間インターバル（ｔ＝０）において、ＢＳＣ４は、基地局１に送信を指示するメッセージを送信コントローラ１０４に送る。信号に応じて、送信コントローラ１０４は、上記した受信加入者局を選択する。送信コントローラ１０４は、加入者局のその選択に基づいて記憶要素１０２Ａ−１０２Ｎのうちの一つに一つの信号を選択的に供給する。更に、加入者局の選択に従って、送信コントローラは、選択された変調フォーマットを示す信号を変調器１１２へ供給する。

送信コントローラ１０４は、データが送られている加入者局を特定するヘッダメッセージを符号器１０６へ供給する。符号器１０６は、上述のようにヘッダメッセージを符号化する。送信コントローラ１０４は、次に記憶要素１０２Ａに対して、データを供給するようそれに指示する、および受信している加入者局６Ａへ所定の時間インターバル中に送信できるデータの最大量を特定する信号を供給する。所定の最大値は、式（４）に示すように選択されたレートにて所定の時間インターバル内に加入者局６Ａへ送信できる情報の最大量を意味している。
ＭａｘＤａｔａ＝Ｍ・Ｒ_ｓ・Ｔ （５）
ここで、Ｍは、選択された変調フォーマットで使用された変調記号の数であり、Ｒ_ｓは、記号レートである。送信コントローラ１０４からの信号に応じて、記憶要素１０２Ａは、ＭａｘＤａｔａと同じかそれ以下のデータ量を符号器１０６へ供給する。

第２の実施形態において、符号器１０６は、固定符号化レートでデータを符号化し、ヘッダメッセージの符号化された記号とデータの符号化された記号とを結合する。符号器１０６は、インタリーバ１０８へ符号化された記号を供給する。インタリーバ１０８は、所定の再構成フォーマットに従って記号を再構成し、スクランブラ１１０に再構成記号を供給する。スクランブラ１１０は、所定のＣＤＭＡ拡散フォーマットに従って記号をスクランブルし、スクランブルした記号を変調器１１２へ供給する。

変調器１１２は、スクランブルした記号を選択した変調フォーマットに従って変調する。実施形態において、変調器１１２は、スクランブルした記号を、複数の変調フォーマットに従って変調記号へとマッピングする。変調器１１２は、変調した記号を送信機（ＴＭＴＲ）１１４に供給する。送信機１１４は、信号をアップコンバートし増幅しアンテナ１１６を介して送信する。

送信信号は、加入者局６Ａによりアンテナ２００で受信される。受信信号は、受信機（ＲＣＶＲ）２０２に供給される。受信機２０２は、受信信号をダウンコンバートし増幅する。受信信号は、選択された復調フォーマットに従って信号を復調する復調器２０４に供給される。復調信号は、上述したように受信信号をチャネルイコライズするイコライザ２０５へ供給される。イコライズされた信号は、所定のＣＤＭＡ逆拡散フォーマットに従って信号をデスクランブルするデスクランブラ２０６に供給される。デインタリーバ２０８は、デスクランブル信号を再構成し、これらを復号器２１０に供給する。

例示的な実施形態においては、復号器２１０は、最初、再構成された記号に含まれるヘッダメッセージを復号する。ヘッダメッセージは、送信されている情報が加入者局６Ａを意図したものかを確認するヘッダチェック手段２１４へ供給される。もしデータが加入者局６Ａを意図したものなら、データの残りが復号される。データが加入者局６Ａのユーザを意図したものであることをヘッダが示したら、ヘッダチェック２１４が、残りの情報を復号すべきであることを示す信号を復号器２１０へ送信する。別の実施形態では、全ての情報は復号され、復号工程が完了した後に、ヘッダがチェックされる。復号器２１０は、記号を復号する。復号された記号は、次に加入者局６Ａのユーザに供給される。

符号化レートの変更と、変調フォーマットの変更の技術の使用とを同時に行うシステムが考えられることに注目されたい。

良好な実施形態の前述した記載は、本発明を使用しようとする当業者に与えられるものである。これらの実施形態の様々な変形例は、当業者であればこれが可能であり、包括的な原理が他の実施形態の対して特別な能力を要することなく可能となる。従って、本発明は上述した実施形態に限るものではなく、上述した原理と新規な特徴に矛盾することのない広い範囲に及ぶものである。
以下に、本願出願の当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
［Ｃ１］
第１通信局から第２通信局へデジタルデータの通信を行う方法であって、
前記第１通信局と前記第２通信局との間の距離を決定する、
前記距離に従って送信のための情報レートを選択する、
前記デジタルデータを前記送信レートで送信する
工程を有するデジタルデータ通信方法。
［Ｃ２］
前記情報レートを選択する工程は、前記デジタルデータの符号化レートを選択することを有するＣ１に記載された方法。
［Ｃ３］
前記情報レートを選択する工程は、前記デジタルデータの変調フォーマットを選択することを有するＣ１に記載された方法。
［Ｃ４］
前記符号化レートを選択する工程は、所定の畳込み符号化レートの所定のセットの一つを選択することを有するＣ１に記載された方法。
［Ｃ５］
前記距離を決定する工程は、
第１通信局からの位置メッセージを前記第２通信局へ送信する、
前記通信メッセージに従って前記距離を決定する
工程を有するＣ１に記載された方法。
［Ｃ６］
前記距離を決定する工程は、
知られた出力にて基準信号を送信する、
前記基準信号の受信された出力を測定する、
前記知られた出力および前記受信された出力に従って前記距離の値を計算する
工程を有するＣ１に記載された方法。
［Ｃ７］
前記デジタルデータを前記データレートで送信する工程は、固定された最大送信エネルギーで行われるＣ１に記載された方法。
［Ｃ８］
前記第１通信局が送信しているとき、少なくとも一つの隣り合った第１通信局が送信することを阻止する工程を更に有するＣ１に記載された方法。
［Ｃ９］
第１通信局が第２通信局にデジタルデータを送信する通信システムにおいて、前記デジタルデータの情報レートは、前記第１通信局と前記第２通信局との間のパス損失に従って決定され、前記デジタルデータの受信方法は、
前記情報レートを示している信号を、前記第２通信において受信する、
前記第２通信局にて受信フォーマットを前記データレートに従って選択する、
前記選択された受信フォーマットに従って前記デジタルデータを受信する
工程を有するデジタルデータの受信方法。
［Ｃ１０］
前記受信フォーマットを選択する工程が復号フォーマットを選択することを有するＣ９に記載された方法。
［Ｃ１１］
前記受信フォーマットを選択する工程がトレリス復号フォーマットを選択することを有するＣ１０に記載された方法。
［Ｃ１２］
前記受信フォーマットを選択する工程が復調フォーマットを選択することを有するＣ９に記載された方法。
［Ｃ１３］
第１通信局から第２通信局へデジタルデータを送信するための装置であって、
前記第１通信局と前記第２通信局との間の距離に従って送信フォーマットを選択し、前記選択された前記送信フォーマットを示す送信フォーマット信号を供給する送信コントローラと、
前記デジタルデータと前記送信フォーマット信号とを受け、前記選択された送信フォーマットに従って前記デジタルデータを送信する送信システムとを有する装置。
［Ｃ１４］
前記送信コントローラは、前記デジタルデータの符号化レートを選択するＣ１３に記載された装置。
［Ｃ１５］
前記送信コントローラは、前記デジタルデータの変調フォーマットを選択するＣ１３に記載された装置。
［Ｃ１６］
前記送信コントローラは、所定のセットの畳込み符号化レートの一つを選択するＣ１４に記載された装置。
［Ｃ１７］
前記第２通信局からの位置メッセージを受信する受信機サブシステムを更に有し、
前記送信コントローラは、前記位置メッセージを受け、前記位置メッセージに従って前記第１通信局と前記第２通信局との間の距離を計算するＣ１３に記載された装置。
［Ｃ１８］
前記第２通信局から送信エネルギーを報せる信号を受け取る受信機サブシステムを更に有し、
前記送信コントローラは、前記受信信号のエネルギーを測定し、前記受信信号の前記測定されたエネルギに従って、前記第１通信局と前記第２通信局との間の距離を計算するＣ１３に記載された装置。
［Ｃ１９］
前記送信システムは、前記デジタルデータを固定された最大送信エネルギーで送信するＣ１３に記載された装置。
［Ｃ２０］
前記第１通信局は、第１セルに供給するセルラー基地局であり、前記送信コントローラは更に送信のための時間インターバルを示す送信信号を受信し、更に前記送信信号は、前記第１通信局が送信しているとき、前記第１セルに隣接したセルに供給する他の基地局が送信することを妨げられるように与えられているＣ１３に記載された装置。
［Ｃ２１］
第１通信局が第２通信局にデジタルデータを送信する、前記デジタルデータの情報レートが前記第１通信局と前記第２通信局との間の距離に従って決定される、通信システムにおいて、前記デジタルデータを受信するための装置は、
前記情報レートを示している信号を、前記第２通信において受信する受信機サブシステムと、
前記第２通信局にて受信フォーマットを前記データレートに従って選択する制御プロセッサとを有しており、
前記受信機サブシステムは、更に前記選択された受信フォーマットに従って前記デジタルデータを受信する、装置。
［Ｃ２２］
前記制御プロセッサは、復号フォーマットを選択するＣ２１に記載された装置。
［Ｃ２３］
前記制御プロセッサは、トレリス復号フォーマットを選択するＣ２２に記載された装置。
［Ｃ２４］
前記制御プロセッサは、復調フォーマットを選択するＣ２１に記載された装置。

Claims (23)

1. 下記を備える、複数のセルを有する無線通信システムにおける１つのセル中に位置された基地局と移動局との間でデータを通信する方法、
   所定の時間インターバルにわたるデータの固定出力レベルの送信に関する符号化レートを選択すること、
   前記所定の時間インターバルにわたるデータの前記固定出力レベルの送信に関するデータの量を選択すること、
   前記所定の時間インターバルにわたるデータの前記固定出力レベルの送信に関する変調フォーマットを選択すること、
   データの前記送信に関する前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートに従って前記選択されたデータの量を符号化し及び変調すること、
   前記選択されたデータの量を復号化することにおいて使用するために前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートのうちの１つの表示を送信すること。
2. 前記符号化レート、前記変調フォーマット、及び前記データの量のうちの少なくとも１つは、前記移動局と前記基地局との間におけるデータの前記送信のためのリンク予算に基づいている、ここにおいて前記リンク予算は前記固定出力レベルでの送信を示すパラメータを含む、請求項１に記載の方法。
3. 下記を備える、複数のセルを有する無線通信システムにおける１つのセル中に位置された基地局と移動局との間でデータを通信するための装置、
   所定の時間インターバルにわたるデータの固定出力レベルの送信に関する、変調フォーマットを選択するように、データの量を選択するように、及び符号化レートを選択するように構成されたコントローラ、
   データの前記固定出力レベルの送信に関する前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートに従って前記選択された量のデータを、変調するように構成された変調器、及び符号化するように構成された符号器、
   前記選択された量のデータを復号する時の使用のために前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートのうちの１つの表示を送信するように構成された送信機。
4. 前記コントローラは、前記符号化レート、前記選択された変調フォーマット、及び前記選択されたデータの量のうちの少なくとも１つを、前記移動局と前記基地局との間におけるデータの前記送信のためのリンク予算に基づかせるようにさらに構成される、ここにおいて、前記リンク予算は前記固定出力レベルでの送信を示すパラメータを含む、請求項３に記載の装置。
5. 下記をさらに備える、請求項１に記載の方法、
   決定された固定出力レベルで、複数の非重複送信バーストで、複数の固定された持続期間、前記符号化され及び変調されたデータを送信すること。
6. 下記をさらに備える、請求項１に記載の方法、
   前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信に関する最大出力レベルを決定すること、
   前記決定された固定出力を、前記最大出力レベルにまたはそれより低く維持すること。
7. 下記をさらに備える、請求項２に記載の方法、
   前記移動局と前記基地局との間の実効送信パス損失により測定される実効距離に基づいて前記リンク予算を決定すること。
8. 前記送信機は、隣接した複数のセルが送信していない場合に、前記符号化され及び変調されたデータを送信するようにさらに構成される、請求項３に記載の装置。
9. 前記送信機は、決定された固定出力レベルで、複数の非重複送信バーストで複数の固定された持続期間、前記符号化され及び変調されたデータを送信するようにさらに構成される、請求項３に記載の装置。
10. 前記コントローラは、前記基地局と前記移動局との間におけるデータの送信に関する最大出力レベルを決定するように、及び決定された固定出力を前記最大出力レベルにまたはそれより低く維持するように、さらに構成される、請求項３に記載の装置。
11. 前記コントローラは、前記移動局と前記基地局との間の実効送信パス損失により測定される実効距離に基づいて前記リンク予算を決定するようにさらに構成される、請求項４に記載の装置。
12. 下記を備える、複数のセルを有する無線通信システムにおける１つのセル中に位置された基地局と移動局との間でデータを通信するための装置、
    所定の時間インターバルにわたるデータの固定出力レベルの送信に関する符号化レートを選択するための手段、
    前記所定の時間インターバルにわたるデータの前記固定出力レベルの送信に関するデータの量を選択するための手段、
    前記所定の時間インターバルにわたるデータの前記固定出力レベルの送信に関する変調フォーマットを選択するための手段、
    データの前記送信に関する前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートに従って前記選択されたデータの量を符号化し及び変調するための手段、
    前記選択されたデータの量の復号において使用するための前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートのうちの１つの表示を送信するための手段。
13. 前記符号化レート、前記変調フォーマット、及び前記データの量のうちの少なくとも１つは、前記移動局と前記基地局との間におけるデータの前記送信のためのリンク予算に基づいている、ここにおいて前記リンク予算は前記固定出力レベルでの送信を示すパラメータを含む、請求項１２に記載の装置。
14. 下記を備える、セルラー通信システムにおいて基地局と移動局との間でデータを通信する方法、
    下記によって、前記基地局から前記移動局へのデータの送信のための利用可能なデータレートを提供すること、
    所定の時間インターバルにわたるデータの前記送信のための固定出力レベルを決定すること、前記固定出力レベルは、前記移動局が配置されることを意図されている領域の中の期待される許容可能な最大送信エネルギレベルに基づいて決定される、
    前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信に関する符号化レートを選択すること、
    前記基地局と前記移動局との間で送信されるべきデータの量を選択すること、
    前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信に関する変調フォーマットを選択すること、
    データの前記送信に関する前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートに従って前記選択されたデータの量を符号化し及び変調すること、
    前記基地局から前記移動局へ前記符号化され及び変調されたデータを送信すること、
    ここにおいて、前記符号化され及び変調されたデータの前記送信は、前記移動局が配置されることを意図されている前記領域の中の前記期待される許容可能な最大送信エネルギレベルに基づく前記決定された固定出力レベルで、複数の非重複送信バーストで複数の固定された持続期間、行われる。
15. 下記をさらに備える、請求項１４に記載の方法、
    前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信のための最大出力レベルを決定すること、
    前記決定された固定出力を、前記最大出力レベルにまたはそれより低く維持すること。
16. 下記をさらに備える、請求項１４に記載の方法、
    前記移動局と前記基地局との間の実効送信パス損失により測定される実効距離に基づいて実効リンク予算を決定すること。
17. 下記を備える、セルラー通信システムにおいて基地局と移動局との間でデータを通信するための装置、
    所定の時間インターバルにわたるデータの前記送信のための固定出力レベルを決定することによって前記基地局から前記移動局へのデータの送信のための利用可能なデータレートを提供するように構成される、前記固定出力レベルは、前記移動局が配置されることを意図されている領域の中の期待される許容可能な最大送信エネルギレベルに基づいて決定される、前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信に関する符号化レートを選択すること、前記基地局と前記移動局との間で送信されるデータの量を選択すること、及び前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信に関する変調フォーマ
    ットを選択すること、によって前記基地局から前記移動局へのデータの送信のために利用可能なデータレートを提供するように構成されるコントローラ、
    データの前記送信に関する前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートに従って前記選択されたデータの量を、変調するように構成された変調器、及び
    符号化するように構成された符号器、
    前記決定された固定出力レベルで前記基地局から前記移動局へ前記符号化され及び変調されたデータを送信するように構成された送信機、
    ここにおいて、前記送信機は、前記移動局が配置されることを意図されている前記領域の中の前記期待される許容可能な最大送信エネルギレベルに基づく前記決定された固定出力レベルで、複数の非重複送信バーストで複数の固定された持続期間、前記符号化され及び変調されたデータを送信する。
18. 前記コントローラは、前記基地局と前記移動局との間におけるデータの送信のための最大出力レベルを決定するように、及び前記決定された固定出力を前記最大出力レベルにまたはそれより低く維持するようにさらに構成される、請求項１７に記載の装置。
19. 前記コントローラは、前記移動局と前記基地局との間の実効送信パス損失により測定される実効距離に基づいて実効リンク予算を決定するようにさらに構成される、請求項１７に記載の装置。
20. 下記を備える、セルラー通信システムにおいて基地局と移動局との間でデータを通信する方法、
    下記によって、前記基地局から前記移動局へのデータの送信のために利用可能なデータレートを提供すること、
    所定の時間インターバルにわたるデータの前記送信のための固定出力レベルを決定すること、前記固定出力レベルは、前記移動局が配置されることを意図されている領域の中の期待される許容可能な最大送信エネルギレベルに基づいて決定される、
    前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信のための符号化レートを選択すること、
    前記基地局と前記移動局との間で送信されるべきデータの量を選択すること、
    前記基地局と前記移動局との間におけるデータの前記送信のための変調フォーマットを選択すること、
    データの前記送信のための前記選択された変調フォーマットと前記選択された符号化レートに従って前記選択されたデータの量を符号化し及び変調すること、
    前記移動局が配置されることを意図されている前記領域の中の前記期待される許容可能な最大送信エネルギレベルに基づく前記決定された固定出力レベルで、複数の非重複送信バーストで前記基地局から前記移動局へ前記符号化され及び変調されたデータを送信すること。
21. 前記基地局によって前記移動局へ提供される前記決定された固定出力レベルにおける前記固定された持続期間の複数の非重複送信バーストは、同一のエネルギレベルで提供される、請求項１４に記載の方法。
22. 前記基地局によって前記移動局へ提供される前記決定された固定出力レベルで前記固定された持続期間の複数の非重複送信バーストは、同一のエネルギレベルで提供される、請求項１７に記載の装置。
23. 前記基地局によって前記移動局へ提供される前記決定された固定出力レベルでの複数の非重複送信バーストは、同一のエネルギレベルで提供される、請求項２０に記載の方法。

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