JP5254472B2 - ハートビート・リクエストよりも低電力レベルでのハートビート信号の伝送 - Google Patents

ハートビート・リクエストよりも低電力レベルでのハートビート信号の伝送 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信システムに関する。
無線電話およびパーソナル・コンピュータの増加により、以前には特殊な用途だけに利用されると考えられていた高性能なテレコミュニケーション・サービスに対する要求が増大してきた。１９８０年代には、携帯電話ネットワークを介して無線音声通信が広く利用できるようになった。最初、このようなサービスは、一般に、加入者コストが高いために、ビジネスマンの専用領域であると考えられていた。このことは、遠隔分散コンピュータ・ネットワークにアクセスすることについても同じであると考えられていた。最近まで、ビジネス関係者および大規模な機関だけが、必要なコンピュータおよび無線アクセス装置を持つ余裕があった。
身近になった新技術を広く利用できる結果として、現在は一般大衆が、インターネットおよび専用イントラネットなどのネットワークに有線アクセスするだけでなく、無線アクセスすることも望んでいる。無線方式は特に、電話回線に接続せずにこのようなネットワークにアクセスすることを望む、携帯用コンピュータ、ラップトップ・コンピュータ、携帯情報端末などのユーザに有益である。
既存の無線インフラを利用して、インターネット、専用イントラネットおよび他のネットワークに対する低コストで高速なアクセス提供する、広く利用できる満足な解決手段はいまだに存在しない。これは、いくつかの望ましくない環境によるものと考えられる。第１に、ビジネス環境において無線ネットワークを介する高速データ・サービスを提供する一般的な方法は、ほとんどの家庭またはオフィスで利用できる音声グレード・サービスに容易に適合しないことである。例えば、このような標準高速データ・サービスは、標準セルラ無線端末機を介して効率的に伝送するのには必ずしも適していない、なぜなら、無線ネットワークは、元来、音声サービスの提供だけのために設計されていたからである。その結果、ＣＤＭＡのような特定の方式はデータ伝送に適合する非対称動作のいくつかの基準を備えているとはいえ、今日のディジタル無線通信システムは音声伝送に最適化されている。例えば、米国電気通信工業会（ＴＩＡ）により規定されている、ＩＳ−９５における順方向トラフィック・チャネルのデータ・レートは、いわゆるレート・セット１に対しては1.2kbpsから9.6kbpsまでの増加に調整でき、またレート・セット２に対しては1.8kbpsから14.4kbpsまでの増加に調整できる。しかし、逆方向リンク・トラフィック・チャネルについては、データ・レートは4.8kbpsに固定されている。
したがって、このような既存の無線システムは、一般に、順方向リンクを介して最高でも14.4キロビット／秒（kbps）の最大データ・レートに適合できる無線チャネルを提供するに留まる。このような低速データ・レートのチャネルは、ＩＳＤＮ（統合サービス・ディジタル・ネットワーク）方式の装置で利用できる128kbpsなどの高速レートは言うまでもなく、低コストである有線モデムを用いて一般に利用できる28.8または56.6kbpsのレートでデータ伝送するのにも全く役に立たない。これらレベルのデータ・レートは、ｗｅｂページのブラウジングのような動作に対して、急速に最低許容レベルになりつつある。
有線ネットワークは、セルラ・システムが最初に開発された時点で知られていたが、大部分は、セルラ・ネットワーク・トポロジーを介する高速のＩＳＤＮまたはＡＤＳＬグレードのデータ・サービスを提供する無線システム用の設備ではなかった。
大半の無線システムでは、無線チャネル・リソースよりも多い潜在ユーザが存在している。したがって、何らかの方式のデマンド・ベース、つまり要求に基づく多重アクセス・システムが要求される。
多重アクセスが、無線周波数搬送波信号グループでアナログ変調を用いる従来の周波数分割多重アクセス（ＦＤＭＡ）によって提供される場合も、時分割多重アクセス（ＴＤＭＡ）または符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）を用いる無線搬送波周波数の共有を可能にする方式によって提供される場合も、無線スペクトルの特性は共有されることが期待される。これは、有線媒体が相対的に低コストで、一般には共有を意図しないデータ伝送をサポートする従来の環境とはまったく異なる。
無線システムの設計において考慮すべき他の要素は、データそのものの特性である。例えば、ｗｅｂページへのアクセスは一般に、逆方向および順方向に非対称のデータ・レートを要するバースト方式であると考えられる。通常用途では、遠隔のクライアント・コンピュータのユーザが、先ず、ブラウザ・プログラムに対してｗｅｂページのアドレスを指定する。次にブラウザ・プログラムが、通常長さが１００バイト以下のｗｅｂページのアドレス・データを、ネットワークを介してサーバ・コンピュータに送信する。次にサーバ・コンピュータが要求されたｗｅｂページのコンテンツで応答する。コンテンツは、１０キロバイトから数メガバイトのテキスト、画像、音声、さらにはビデオ・データを含むことがある。その後ユーザはページの内容を読むのに数秒または数分さえも費やしてから、別のｗｅｂページをダウンロードする。
オフィス環境では、大部分の従業員のコンピュータ作業習慣は一般に、通常２〜３のｗｅｂページをチェック後、長期間にわたり別の何らかの作業、例えばローカルに格納されたデータへのアクセス、さらにはコンピュータの使用を完全に終了するなどを行う。したがって、このようなユーザがインターネットまたは専用イントラネットに１日中連続して接続を維持する場合でも、高速データ・リンクの実際の利用は一般に、全く散発的に発生するだけである。
インターネット接続をサポートする無線データ転送サービスが無線音声通信と共存する場合、無線ＣＤＭＡシステムにおける利用可能なリソースの使用を最適化することが重要になってきている。周波数の再利用およびトラフィック・チャネルの動的な割当ては、高性能無線ＣＤＭＡ通信システムの効率を向上させるいくつかの形態に対応するが、今なお利用可能リソースを効率的に利用することへの要求がある。
ある適用において、あるチャネル上のタイム・スロットにおけるマーカの伝送は、該当するフィールド・ユニットをアクティブに切り換えるための、そのユニットからのリクエストを表示する。すなわち、割り当てられたタイム・スロットにおけるマーカの伝送は、フィールド・ユニットから基地局までデータ・ペイロードを送信するために、逆方向リンク・トラフィック・チャネルをユーザに割り当てるように、フィールド・ユニットが要求していることを示す。これはフィールド・ユニットが現在スタンバイ・モードにいることを前提とする。一方、フィールド・ユニットは一対の逆方向リンク・チャネルの第２チャネルを介してマーカを送信して、フィールド・ユニットがアクティブ・モードに置かれることを要求していないことを示す。例えば、フィールド・ユニットは逆方向リンク・チャネル上でのデータ伝送を望まず、むしろ、即時にアクティブに切り換わることができるように基地局と同期するが、非アクティブを維持することを要求する。
いずれの場合も、本発明の原理を用いる無線通信システムは、フィールド・ユニットに異なる電力レベル（例えば、１つのマーカに対して9dbおよび別のマーカに対して11db）でマーカを伝送させることによって、マーカ検出性能を向上させ、それによりシステム性能を向上させることができる。マーカの電力レベルが異なることによって、代替基準、つまり既存の基準にとって替わる新しい基準を用いて、低いエラー確率で基地局はリクエスト・マーカを判断できる。ここで、代替基準には、マーカをそれぞれのエネルギ・レベルしきい値と比較すること、タイム・スロットの占有状態、相互に排他的なコード・チャネルの占有状態またはこれらの組み合わせを監視することを含むことができる。例えば、ある特定の実地形態では、一般には優先度の高いマーカであるリクエスト・マーカが高電力で伝送され、これによりリクエスト・マーカの検出確率が向上し、リクエスト・マーカの誤り検出の確率が減少する。
ある特定のＣＤＭＡシステム適用では、フィールド・ユニットは、基地局への逆方向リンクにおける第１コードを用いてハートビート（ＨＢ）チャネルを供給し、逆方向リンクにおける第２コードを用いてリクエスト付きハートビート（ＨＢ／ＲＱＳＴ）チャネルを供給する。このＣＤＭＡ適用では、本発明の原理に従って、フィールド・ユニットは電力レベルに差があるＨＢおよびＨＢ／ＲＱＳＴチャネルを伝送してもよい。好ましくは、ＨＢ／ＲＱＳＴが優先度の高い信号であるため、ＨＢ／ＲＱＳＴに高電力を与える。
本発明の教示はＩ−ＣＤＭＡおよび１ｘＥＶ−ＤＶシステムをサポートするが、有線または無線通信システムで使用されるさまざまな他の通信プロトコルを採用しているシステムをサポートできるだけ十分に包括的である。本発明の実施形態は、ＩＳ−２０００のような符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）システム、およびＩＥＥＥ ８０２．１１ａ無線ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）のような直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）システムで利用できる。
本発明の前述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に示す本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明で明らかになるであろう。図面では、同一参照符号は異なる図面においても同一部品を指す。図面は必ずしも縮尺通りでなく、本発明の原理を示すことに重点が置かれている。
本発明の実施形態において開示する通信システムの略図である。 図１の通信システムにおいて基地局で使用されるサブシステムの略図であり、このサブシステムを利用して、逆方向リンク信号が信号内にエネルギ・レベルに基づき通信状態を変更するリクエストの指示を含むか否かを判断する。 「制御維持」を示す第１マーカ、および「アクティブへの切換リクエスト」を示す第２マーカを有する１ｘＥＶ−ＤＶの信号の図である。 割り当てられたタイム・スロット内に、フィールド・ユニットが通信状態の変更を要求していることを示すマーカを有する、コード・チャネルの符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）セットの信号の図である。 表示を有する逆方向リンク信号の別の実施形態の信号の図である。 図３Ａ〜図３Ｃの信号における表示のエネルギ・レベルを判断するのに使用できる、信号対雑音比に対する検出確率のグラフである。
本発明の好ましい実施形態を以下に説明する。
無線通信システムにおいて、本発明の実施形態が、端末機から伝送される、ハートビート信号（ＨＢ）に対するリクエスト付きハートビート信号（ＨＢＲ、ＨＢ／ＲＱＳＴまたは単に「リクエスト」信号）の電力（すなわち基地局（ＢＴＳ）における目標受信電力）に適用される。ＨＢおよびＨＢ／ＲＱＳＴ信号は、メンテナンス・チャネル上を伝送される。このチャネルは、米国特許第09/775,305号に開示されている通り、ＣＤＭＡ通信システムの逆方向リンク上の複数のチャネルのうちの単一コード・チャネルである。メンテナンス・チャネルはタイム・スロットに分割され、異なるユーザには異なるスロットが割り当てられる。
無線通信システム内のフィールド・ユニットがハートビート信号を送ることにより、ＢＴＳに対する存在の表示だけでなく、タイミングおよび／または電力制御を維持する。端末が逆方向リンク・チャネルの割当てを必要とする場合、端末は少なくとも１つのリクエスト信号を伝送する。信号は変調されたメッセージまたは「ビット」を伴わない単にコード化されたパイロット信号である。
これらのチャネルの検出確率および誤り検出確率の必要条件は、全く異なる。例えば、ＨＢの検出必要条件は相対的に厳しくない。この条件は、チャネル内のドップラーに起因する多重パス構造変化の物理的変動に基づく、コード・チャネルの多数のタイミングを追跡するのに十分な高速レートで検出する必要があるだけである。この場合の電力制御は、検出または誤り検出に無関係に動作し続ける。
例えば、信号間の相関が調整されていないからではなく、受信電力が所定のしきい値を上回らない理由から信号が「検出」されない場合、電力コマンドは電力が低過ぎることおよび端末が「電力アップ」する必要があることを指示する。この特定の実施形態では、１つの必要条件は、頻繁に検出を実行し、検出器信号が受信信号に対して時間遅れなく発生するようにすることである。
一方、リクエスト信号の検出確率は極めて高いことが望ましい。この理由は、リクエストが緊急イベントであるため、リクエスト信号は優先度の高い信号と考えられるからである。したがって、リクエスト信号は高電力で送られ、ＢＴＳのしきい値は別に設定できる。これにより、検出の確率は高くなり、誤り検出の確率は低くなる。
このように、本発明の原理によれば、ハートビート信号、リクエスト信号またはその他の信号化されたメッセージに対して、異なる検出の確率および誤り検出の確率を使用できる。
信号の種類に基づき、アクセス端末は異なる電力で信号を伝送できる。ＢＴＳはさまざまな基準を用いて、信号で送られたリクエストの表示を検出する。例えば、タイム・スロットに分割されたチャネルまたは相互に排他的なコード・チャネルにおいて、いくつかのスロットが、リクエストが生成されていない時よりも、リクエストが生成されている時に占有される。このような場合、高い方の電力か存在のいずれか、または両方を検出基準に利用できる。
図１は、前述のシステムと同様の通信システム１００の一例の図であり、本発明の実施形態を使用している。図示のように、基地局２５はアンテナ・タワー２３を備え、複数のフィールド・ユニット４２ａ，４２ｂ，４２ｃ（総称してフィールド・ユニット４２）のそれぞれと無線通信リンクを維持する。このような無線リンクは、基地局２５とフィールド・ユニット４２の間の順方向リンク７０および逆方向リンク６５にリソースを割り当てることにより確立される。リンク６５または７０は、通常、いくつかの論理逆方向リンク・チャネル５５およびいくつかの論理順方向リンク・チャネル６０からそれぞれ形成される。
図のように、通信システム１００はインタフェース５０とネットワーク２０の間の無線通信をサポートする。通常、ネットワーク２０は公衆交換電話網（ＰＳＴＮ）、またはインターネット、ネットワーク間のネットワークもしくはイントラネットなどのコンピュータ・ネットワークである。インタフェース５０は、好ましくは、携帯型コンピュータ１２のようなディジタル処理装置に接続され、場合によりアクセス・ユニットと呼ばれ、ネットワーク２０への無線アクセスを提供する。したがって、携帯型コンピュータ１２は、結線で接続されたデータ・リンクおよび無線データ・リンクの両方の組み合わせを介する通信によってネットワーク２０にアクセスする。
好ましい実施形態では、順方向リンク・チャネル６０および逆方向リンク・チャネル５５は、通信システム１００において、符号分割多重アクセス（ＣＤＭＡ）チャネルと定義される。すなわち、各ＣＤＭＡチャネルは、好ましくは、拡大された擬似ランダム雑音（ＰＮ）コード・シーケンスを用いて、データを符号化し、チャネルを介してこのデータを伝送することにより定義される。ＰＮコード化されたデータは、次に、無線周波数搬送波上に変調される。これにより、受信機は所定のチャネルに割り当てられた特定の拡大されたＰＮコードのみを認識して、チャネル全体の中から１つのＣＤＭＡチャネルを解読できる。一実施形態によれば、各チャネルは、ＩＳ−９５ ＣＤＭＡ規格および１ｘＥＶ−ＤＶ規格に準拠して1.25MHz帯域を占め、38.4kbpsで伝送可能である。
順方向リンク７０は、少なくとも４つの論理順方向リンク・チャネル６０を含む。図示のように、このリンクは、パイロット・チャネル６０ＰＬ、リンク品質管理（ＬＱＭ）チャネル６０Ｌ、ページング・チャネル６０ＰＧ、および多重トラフィック・チャネル６０Ｔを含む。
逆方向リンク６５は、少なくとも５つの論理逆方向リンク・チャネル５５を含む。図示のように、このリンクは、ハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳ、ハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル５５ＨＲＡ、アクセス・チャネル５５Ａ、および多重トラフィック・チャネル５５Ｔを含む。通常、逆方向リンク・チャネル５５は、各順方向リンク・トラフィック・チャネル６０Ｔが2.4kbpsから最大160kbpsまでの可変データ・レートをサポートできることを除いて、順方向リンク・チャネル６０と同様である。
基地局２５とフィールド・ユニット４２ａの間を伝送されるデータは、一般に、ｗｅｂページ・データのような符号化されたディジタル情報で構成される。逆方向リンク６５または順方向リンク７０に多重トラフィック・チャネルを割り当てることにより、高速データ伝送レートが基地局２５とフィールド・ユニット４２ａの間の特定リンクで実現される。ただし、複数のフィールド・ユニット４２が帯域幅の割当てに対して競合するため、フィールド・ユニット４２ａは、データのペイロードを伝送するためのトラフィック・チャネルを割り当てるために、リソースが解放されるまで待機しなければならない場合がある。
リクエスト付きハートビート信号とハートビートを区別するのに使用できる検出器システムの例（図２）を説明する前に、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、信号例の簡単な説明をする。
図３Ａにおいて、フィールド・ユニットによって伝送される１ｘＥＶ−ＤＶ信号１６０は、３つの異なる状態、すなわち、「制御維持」状態１６５、「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０、およびデータ・トラフィック状態１７５を有する。「制御維持」状態１６５において、信号１６０は「アクティブへの切換リクエスト」表示を含まない。言い換えれば、信号１６０は「アイドル」または「制御維持」状態に留まっている。これは、フィールド・ユニット４２ａがトラフィック・チャネルを要求していないことを示す。「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０は、フィールド・ユニットが逆方向リンクを介してトラフィック・チャネル上のデータをＢＴＳ２５に伝送することを要求していることの表示である。トラフィック状態１７５では、トラフィック・データはフィールド・ユニットによってＢＴＳに伝送される。逆方向リンクを介するトラフィック・データの伝送に続き、「データ伝送完了」状態（図示せず）の伝送の後に、信号１６０は「制御維持」状態１６５に戻る。
単一の信号１６０で示しているが、信号は複数の信号であってもよく、さらに、直交または非直交コードを用いて相互に排他的なチャネルに符号化されてもよい。例えば、「制御維持」状態１６５は「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０とは異なるチャネル上で伝送される。同様に、トラフィック状態１７５で伝送されるトラフィック・データは、他の２つの状態１６５，１７０とは別のチャネル上に存在してもよい。複数チャネルの例は図３Ｂおよび図３Ｃを参照して説明される。
図３Ｂは、時間区間ｉ １７７ａ、時間区間ｉ＋１ １７７ｂ…で繰り返す、ユーザ１，２，３，…，Ｎに対して割り当てられるタイム・スロットを有するインターネット符号分割多重アクセス（Ｉ−ＣＤＭＡ）信号伝送の図の例である。チャネルは、ハートビート・チャネル５５Ｈ、リクエスト・チャネル５５Ｒおよびトラフィック・チャネル５５Ｔから構成されている。これらのチャネルはそれぞれ、コードＣ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４，…，ＣＮを有し、これらのコードによって、相互に排他的なコード・チャネル上で信号が伝送可能になる。送信および受信システムの両方は、これらコードを使用してチャネル内の情報を処理し、標準的なＣＤＭＡ方式でチャネルに含まれている情報をそれぞれ分離する。
図示する例では、ユーザ１，２，４，５，６，…，Ｎは、ハートビート・チャネル５５Ｈ内の信号１８０の存在によって示されているように、アイドル状態に留まることを要求している。しかし、ユーザ３は、第１時間区間１７７ａにおけるリクエスト・チャネル５５Ｒ内の信号１８５ａに基づき逆方向リンクを介してデータを伝送することを要求している。第２時間区間１７７ｂにおいて、ユーザ３はコードＣ５を使用して対応するトラフィック・チャネルでトラフィック・データ１９０の伝送を開始する。
図３Ｃは、フィールド・ユニット４２ａから基地局２５に「アクティブへの切換リクエスト」を表示するのに使用される、図３Ａの１ｘＥＶ−ＤＶの詳細な信号の図である。この実施形態では、１ｘＥＶ−ＤＶ信号は、異なる論理チャネル、すなわちハートビート・チャネル５５Ｈおよびリクエスト・チャネル５５Ｒ上の複数の信号によって構成されている。ハートビート・チャネル５５Ｈは、フィールド・ユニット４２ａから基地局２５に、連続するタイミングおよび他の情報（例えば、電力レベル、同期など）を提供する。フィールド・ユニット４２ａはリクエスト・チャネル５５Ｒを使用して、基地局２５のリクエスト（例えばディジタルの「１」）を生成し、逆方向リンク６５上でデータを伝送するためのトラフィック・チャネルを要求する。
斜線で示されるサンプリング時間周期１９５ａ，１９５ｂ，…，１９５ｆ（総称して１９５）は、ＢＴＳ２５がリクエスト信号５５Ｒ、さらにはハートビート・チャネル５５Ｈのタイム・スロットをサンプリングし、トラフィック・チャネルに対するリクエストがなされているか否かを判断する、時間すなわち期間を示す。なお、サンプリングはタイム・スロット全体またはそのサブセットにわたって実行できる。また、この特定の実施形態では、ハートビート・チャネル５５Ｈおよびリクエスト・チャネル５５Ｒは相互に排他的なコードを使用して、サンプリングをタイム・スロットのすべてまたはサブセット内の相互に排他的なコード・チャネル５５Ｈ，５５Ｒについて実行する。ある特定の実施形態では、基地局２５は、サンプリング時間１９５ｂ，１９５ｄおよび１９５ｆにおけるタイム・スロット内のような、リクエストの表示に指定されたタイム・スロット内の相互に排他的なコード・チャネル５５Ｈ，５５Ｒをサンプリングする。これらのタイム・スロットの間、ハートビート・チャネル５５Ｈは「非アクティブ」であるが、リクエスト・チャネル５５Ｒは「アクティブ」である。
前述のように、「アクティブ」リクエスト・タイム・スロット内の信号は、変調されたメッセージまたは「ビット」を伴わない単に符号化されたパイロット信号である。したがって、検出は、所定の時間期間またはいくつかの時間期間にわたって、それぞれのタイム・スロット内のハートビートおよびリクエスト付きハートビート信号の各エネルギ・レベルのみに基づく。ある特定の実施形態では、「制御維持」状態１６５の表示は第１エネルギ・レベルを有し、「アクティブへの切換リクエスト」状態１７０は第２エネルギ・レベルを有する。
この特定の実施形態において、２種類の状態を区別する方法は、信号の各エネルギ・レベルを測定し、（i）少なくとも１つのしきい値とこれらエネルギ・レベルを比較するか、または（ii）リクエストが存在していることを判断するが、任意で、ハートビート信号が論理ゼロの場合にタイム・スロット内の相互に排他的なコード・チャネルにリクエストが存在していることを判断する。表示のエネルギ・レベルの差は、信号のデューティ・サイクル、信号の周波数、信号の電力、信号伝送構造等により提供できる。
図４を参照して、信号のエネルギ・レベルを利用してシステム性能を向上させる方法が理解できる。図４は、次のパラメータすなわち因子を基にして信号伝送必要条件を選択するための図表を提供する。これら因子は、（i）検出の確率Ｐ（ｄ）（ｘ軸）、（ii）デシベル単位の信号対雑音比（ｙ軸）、および（iii）誤り検出の確率Ｐ（ｆｄ）（グラフ内の曲線）である。この図表は、線形整流検出器(linear rectifier detector)の入力端末において要求される信号対雑音比を単一パルスに対する検出確率の関数として示している。この図表はまた、パラメータとして誤り検出確率Ｐ（ｆｄ）を伴い、信号対雑音比はゆらぎのない信号に対して計算される。別のパラメータすなわち因子を使用しても、表示の伝送電力レベルを確立または規定できると理解されるべきである。
円で囲まれた点２００では、信号対雑音比は3db、Ｐ（ｄ）＝20％、およびＰ（ｆｄ）＝1％である。同一の誤り検出確率に対して検出確率を向上させるには、単に、円で囲まれた点２００を、同一の誤り検出確率の曲線に沿って上方に移動する必要があり、これは信号対雑音比の増加がシステムの性能を向上し、その結果、リクエスト信号が即時に検出されるように改良するために利用されることを示す。
通信システム１００の例（図１）に対する、ハートビート・スタンバイ５５ＨＳおよびハートビート・リクエスト・アクティブ５５ＨＲＡのエネルギ・レベルの例に関する実例のモデルを示して説明する前に、システムで使用されるプロセッサおよび検出器について簡単に説明する。
図２は、フィールド・ユニット４２ａがＢＴＳ２５にデータを送ることを要求したか否かを判断するのに使用されるリクエスト検出プロセッサ１１０の略図である。受信機Ｒｘ３５は信号５５を受信する。信号５５は、メンテナンス・チャネル５５Ｎ、トラフィック・チャネル５５Ｔ、アクセス・チャネル５５Ａ、ハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳ、およびハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル５５ＨＲＡを含む。逆方向リンク・チャネル５５を処理して、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２がハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳを受信し、リクエスト・チャネル・プロセッサ１１４がハートビート・リクエスト・アクティブ・チャネル５５ＨＲＡを受信するようにする。
この特定の実施形態では、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２およびリクエスト・チャネル・プロセッサ１１４は、同一の処理要素を有するので、簡単化のためにハートビート・チャネル・プロセッサ１１２のみの説明をする。
ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２は、ハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳを受信する。相関器１１５が逆拡散器１２０を用いてハートビート・スタンバイ・チャネル５５ＨＳを逆拡散する。積分器１２５がコヒーレントにハートビート信号を結合するために使用される。コヒーレントに信号を結合することによって、Ｉの積分Ｑおよびその位相が信号の位相を除去し、信号の電力を出力する。
相関器１１５に続き、整流器１３０（すなわち信号の２乗の絶対値）が信号の電力を整流し、その後、この信号を第２積分器１３５により積分し、受信されたハートビート信号のエネルギを計算する。第２積分器１３５は、短い時間期間で計算される、信号のコヒーレントでない結合を提供する。端末が高速で移動する場合、コヒーレントでない積分は振幅のみを提供する。なお、端末が高速で移動すると、１８０度位相ポイントのクロスオーバーが発生し、これが、コヒーレントでない結合がない信号のエネルギの判断において曖昧性の原因となる。
ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２からの出力はハートビート・エネルギ・レベルであり、リクエスト・チャネル・プロセッサ１１４からの出力はリクエスト・エネルギ・レベルである。この特定の実施形態では、これらエネルギ・レベルのそれぞれは推測検出器（hypothesis detector）１４０に供給され、この検出器がハートビート信号、リクエスト信号またはいずれでもない信号が基地局２５によって受信される逆方向リンク・チャネル５５にあるか否かを判断する。
いずれの信号が存在しているかを判断するために、推測検出器１４０は論理関数を有する。例えば、この特定の実施形態では、推測検出器１４０は、第１エネルギ・レベルしきい値を第１エネルギ・レベル（すなわち、ハートビート・エネルギ・レベル）と比較し、第２エネルギ・レベルしきい値を第２エネルギ・レベル（すなわち、リクエスト・エネルギ・レベル）と比較する。
ハートビート・エネルギ・レベルと比較するエネルギ・レベルのしきい値の例は9dbであり、リクエスト・エネルギ・レベルのしきい値の例は11dbである。エネルギ・レベルのしきい値は、動的に選択されるか、事前に決定されているか、または、例えば、ハートビート・チャネル５５Ｈを介してフィールド・ユニットから基地局に報告される、伝送電力レベルに基づくなどの、別の方法で適用できる。エネルギ・レベルの計算および比較に関しては、第１および第２エネルギ・レベルは、信号５５が使用する信号伝送チャネル内のタイム・スロットの占有状態に依存する。したがって、エネルギ・レベルのしきい値は、「アクティブへの切換リクエスト」またはアイドル・モードに留まるリクエストを表示するのに使用される「１」ビットの、予測される数または指定された数に基づくことができる。
推測検出器１４０の出力を用いて、通信システムの状態を変更できる。例えば、「アクティブへの切換リクエスト」（すなわち、逆方向リンク上でデータ伝送を送信する）がフィールド・ユニットによって生成されていると推測検出器１４０が判断すると、推測検出器は、次に、トラフィック・チャネル５５Ｔを携帯型コンピュータ１２に提供するプロセッサ（ＢＴＳ２５内に図示せず）に信号を出力する。一実施形態では、信号の検出されたエネルギ・レベルが第２エネルギ・レベルのしきい値を上回ると判断されると、ＢＴＳ２５はトラフィック・チャネル５５Ｔを割り当てる。別の実施形態では、推測検出器１４０が検出されたエネルギ・レベルが第２エネルギ・レベルのしきい値を下回ると判断すると、ＢＴＳはトラフィック・チャネル５５Ｔを割り当てる。
図３Ｃを参照して説明したように、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２、リクエスト・チャネル・プロセッサ１１４、および推測検出器１４０は、通信状態を変更するリクエストを表示するのに使用されるタイム・スロットの占有状態を監視する方式で構成または設計される。一実施形態において、検出は、図３Ｂおよび図３Ｃに示したような相互に排他的なコード・チャネルの占有状態の監視を含む。
フィードバック・ループ（図示せず）を利用して、ハートビート・チャネル・プロセッサ１１２およびリクエスト・チャネル・プロセッサ１１４を「適応可能」にすることができる。例えば、ハートビート・チャネル５５Ｈの受信エネルギ・レベルに基づき、積分器１２５，１３５の積分時間を調整でき、ハートビート信号およびリクエスト信号のエネルギ・レベルの比較のために推測検出器１４０によって使用されるエネルギ・レベルしきい値も、また、フィードバックのループによって調整できる。このようなフィードバック・ループがコマンドまたはメッセージを使用して、ＢＴＳとフィールド・ユニットの間で、フィールド・ユニットによって伝送されるハートビート信号またはリクエスト付きハートビート信号の電力レベルに関する情報を含む情報を転送できる。
前述のように、第１通信状態はスタンバイ通信状態であり、第２通信状態はペイロード通信状態である。他のシステムまたは同一システムでさえも、通信状態には、基地局の変更のリクエスト、および電力制御信号伝送などのような、他の通信状態を適用できる。本明細書に述べる信号伝送における異なるエネルギ・レベルの使用は、無線、有線または光通信システムに適用可能である。いずれにせよ、通信状態は音声またはデータ通信システムで使用できる。
また前述のように、第２エネルギ・レベルは、図４を参照して説明したとおり、検出、誤り検出、または両方の組み合わせの目標確率に基づいている。言い換えると、フィールド・ユニットは、所定の電力レベルまたは所定の時間期間当たりの所定のパルス数でリクエスト信号を伝送して、図４を参照して説明したように検出、誤り検出、または両方の所定の目標確率に対して該当する信号対雑音比を達成できる。
システム分析により、伝送電力または伝送される表示の数を設定でき、または、通信システムにフィードバック機構を利用することにより、フィールド・ユニットの動作を切り換えて、表示の受信エネルギ・レベルが所定の信号対雑音比を達成するようにし、これにより検出および誤り検出パラメータの所望の確率を実現する。
シミュレーション：
シミュレーションでは、ハートビート（ＨＢ）およびリクエスト付きハートビート（ＨＢ／ＲＱＳＴ）チャネルの検出および誤り検出の確率に影響する信号交換の説明を最初に提示する。ＨＢおよびＨＢ／ＲＱＳＴチャネルに対して推奨されるＳＮＲ目標を提供する。さらに、分析計算を行って、許容できる検出確率および誤り検出確率の推奨される目標Ｅ／Ｉｏを判断する。
本説明においては、ＩＳ−２０００電力制御に関するシミュレーション理解するための基準として、シミュレーションが以下のパラメータを使用することを認識する必要がある。
800Hz閉ループ電力制御；
ｉ番目のユーザのＳＮＲは、ＳＮＲ（ｉ）＝Ｐ（ｉ）−Ｐ_interference＋処理利得＋Ｅｒとして計算される。ここで、Ｐ_interference（i）（P＿干渉（ｉ））はｉ番目のユーザが受信した干渉の全てであり、Ｐ_interference（i）＝２０＊ｌｏｇ１０（１０）＾Σｊ≠ｉ（１０＾Ｐ（ｊ）／２０）＋１０＾（ＰＴＨ／２０））として計算され、またＰ（ｉ）はｉ番目のユーザから受信した電力であり、ＰＴＨは熱雑音下限であり、任意に１２０ｄＢｍに設定される；
処理利得は１０ｌｏｇ６４である；
フェージング・モデルはJakesである；
Ｅｒ＝ＢＴＳにおけるＳＮＲ推定のエラーであって、１σ＝0.67dBの正規分布ランダム変数である；
電力制御ビット（ＰＣＢ）エラー＝3％
この特定のシミュレーションでは、ＨＢチャネルの目標ＳＮＲの選択が最初になされる。9dB Ｅ／Ｉｏに基づき（Ｅはハートビート・メッセージの全体エネルギ）、加法性白色ガウス雑音（ＡＷＧＮ）における0.1％の誤り検出率で95％の検出確率が得られる（Viterbi,A.,ＣＤＭＡ：拡散スペクトル通信の原理、 Addison Wesley,1995, p 113を参照）。
検出の確率が99％まで向上することにより、ＡＷＧＮにおいて極めて高い1％の誤り検出率となる。この誤り検出率は重要である。なぜなら、端末が基地局との通信リンクを切り離した場合、検出されないことが比較的長い継続時間発生するのに十分なだけ、この誤り検出率はかなり低くなければならないからである。
通常、継続時間は、500ミリ秒から2秒の継続時間を有するタイマまたは２５から１００の連続した非検出によって定義される。参照のために、9dB Ｅ／Ｉｏを有する単一パス・フェーディング環境においては、90％の検出確率および１％の誤り検出率が理論的に予測される。この場合、フェーディング環境における検出確率に関する詳細は以下の説明において考慮される。
まず、フィールド・ユニットに対して50Hzの電力制御速度を有するハートビート信号の検出を考察する。シミュレーションは最高速度モデル、すなわち電力制御（ＰＣ）レートが50Hzであり、スタンバイ端末がタイム・スロットに分割されて重ならないように、制限がなされたモデルに基づく。
端末の速度が不適切で約2mphよりも大きい場合、閉ループ電力制御が有効であり、これによりフェーディングが平均経路損失前後で変化する。なお、この結果は、最大約40％の電力制御ビット（ＰＣＢ）エラー率に比較的影響を受けない。これを超えると、システムの性能は劣化し、平均経路損失を維持するのに特定の形式の閉ループ制御が必要とされることを論証している。したがって、特定の形式の閉ループ電力制御を実行して、フィールド・ユニットの送信機（Ｔｘ）電力を、フィールド・ユニットが基地局までの平均経路損失を実現するのに適切な平均値にすることは有益である。
前述のパラメータを使用するシミュレーションは、基地局が（先に定義されたとおり）目標ＳＮＲを2dB下回る「アクティブへの切換リクエスト」表示を検出する場合、検出の平均時間は約16ミリ秒（約14ミリ秒の標準偏差を有する）になることを示す。このシミュレーションから、短い待ち時間のＨＢ／ＲＱＳＴ検出を実現するために、以下の式が定義されている。
Target_SNR（RQST）＝Target_SNR（HB）＋2dB （１）
ＡＷＧＮにおいて要求される検出／誤り検出率に基づき、ハートビート・メッセージに対して9dBおよびリクエスト付きハートビート（ＨＢ／ＲＱＳＴ）メッセージに対して11dBのTarget_SNR（目標＿ＳＮＲ）が選択された。これらのパラメータは、誤り検出の低い確率を伴う20mphにおいて平均で15msの検出待ち時間をもたらす。
誤り割当ての確率については、誤り検出率がシミュレーションにおいて明確に計算されていないが、悲観的な限界は以下の式で与えられる。
Pfd（RQST）＝（１−Pd（（HB））＊Pfd（HB）
＝5％＊0.1％＝5Ｅ−5 （２）
ここで、Ｐｆｄは誤り検出の確率であり、Ｐｄは検出の確率である。
上記の式および結果は２つの条件によるものである。すなわち、（i）ＨＢが存在している間に、その存在を検出しない、（ii）ＨＢが存在していない間に、それを誤って検出している。これは悲観的限界である。なぜなら、ＨＢに対するＨＢ／ＲＱＳＴの追加の2dBの伝送電力が分析には含まれていないからである。
50HzのＨＢレートにおいて、これは、１人のスタンバイ・ユーザに対して平均で400秒ごとの誤り割当てを生み出す。Ｎ人のハートビート・ユーザに対しては、イベントが独立しているため、確率は線形になる。したがって、特定の基地局に対して最大で96のロードされたスタンバイ・ユーザに対して、平均の誤り割当て率は、概算で約4秒ごとに１回と予測される。
誤り割当ての状態は、誤り割当てを高速に検出できるため、比較的高速に回復可能である。誤り割当てが発生する時は、通常３種類の状態が存在する。第１に、割り当てられた逆リンク・チャネル上にトラフィックが現れない。第２に、リクエスト付きハートビート信号が存在しない。チャネル割当てを見落とすと、ＨＢ／ＲＱＳＴが引き続き存在する。第３に、ハートビート・メッセージが現れると予測される。１つのフレーム内でこの状態を検出しない確率は、Ｐｆｄ（ＲＱＳＴ）＝５Ｅ−３％である。これは、チャネルが正当なユーザに対して再割り当てされる前に、１つまたは２つのフレーム内で検出される。検出に２つのフレームを要すると想定される場合、逆方向の容量は1％以下まで減らされ、ＨＢ／ＲＱＳＴに対する誤り検出の確率が11dB Ｅ／Ｉｏを目標にするため、さらに減少する可能性がある。
Target_SNR(目標＿ＳＮＲ)と検出しきい値の間のずれがない信号に対して、検出の遅れは、1mph〜20mphで移動する遠隔加入者ユニットを用いたシミュレーション間の平均で35ミリ秒である。11dBの目標ＳＮＲよりも2dB低い検出しきい値を有するリクエスト付きハートビート（ＨＢ／ＲＱＳＴ）信号については、検出に対する遅れの平均は20ミリ秒未満である。これが可能になる理由は、ＨＢ／ＲＱＳＴの伝送（Ｔｘ）電力が、ＨＢ信号に比べて2dBだけ増加しているためである。
シミュレーションは、20ミリ秒電力制御（ＰＣ）期間内の所定の96ユーザの最小平均が10ミリ秒に近いことを示している。遅れは、時間の99％、すなわち75msよりも短くなることが求められる。
シミュレーションは、また、ＨＢ／ＲＱＳＴメッセージに対する2dBの追加の伝送電力が検出の確率を向上し、平均15ミリ秒まで検出の待ち時間を減らすことを示している。最大にロードされたメンテナンス・チャネルの共有チャネルの全体の干渉の評価では、ＩＳ−２０００基本チャネル（9600bps逆方向トラフィック・チャネル（Ｒ−ＴＣＨ）、9600bps逆方向専用制御チャネル（Ｒ−ＤＣＣＨ））よりも6dBの間で少ない。
本発明を好ましい実施形態により図示し、詳細に説明してきたが、当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、形態または細部に各種の変更を加えるのが可能であることは理解されるであろう。
３５ 受信機
１００ 無線通信システム
１１０ 検出器

Claims (3)

  1. 無線通信システムにおいて、通信状態の変更の要求を判定する方法であって、
    前記方法は、
    基地局が、フィールド・ユニットに関連付けられた第１のエネルギ・レベルを有する少なくとも１つの第１の信号を受信するステップと、
    前記基地局が、前記フィールド・ユニットに関連付けられた第２のエネルギ・レベルを有する少なくとも１つの第２の信号を受信するステップであって、前記第２のエネルギ・レベルは、前記第１のエネルギ・レベルより高いことを特徴とする、受信するステップと、
    前記基地局が、前記第１の信号は、前記第１のエネルギ・レベルに基づいて、前記フィールド・ユニットによりトラフィック・データを転送するための要求でないことを判定し、前記基地局が、前記第２の信号は、前記第２のエネルギ・レベルに基づいて、前記フィールド・ユニットにより、トラフィック・データを転送するための要求であることを判定するステップと
    を含むことを特徴とする方法。
  2. 前記第１のエネルギ・レベル、及び、前記第２のエネルギ・レベルは、前記フィールド・ユニットが、トラフィック・データを転送するために要求しているかどうかを判定するための閾値と比較されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 前記フィールド・ユニットに関連付けられた直交コードに基づき、前記第１のエネルギ・レベル、及び、前記第２のエネルギ・レベルを判定するステップ
    をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
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